水処理装置および水処理方法
【課題】水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することが可能な水処理技術を提供する。
【解決手段】被処理水中にナノバブル３０を発生させるナノバブル発生機１６と、ナノバブル３０を含んでいる被処理水を貯める分解部１９、および、上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、分解部１９から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭３３が入れられているガス吸着部１８により構成される分解吸着槽２０と、分解部１９に貯められている被処理水を曝気する散気管３６とを備えている水処理装置を提供する。
【解決手段】被処理水中にナノバブル３０を発生させるナノバブル発生機１６と、ナノバブル３０を含んでいる被処理水を貯める分解部１９、および、上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、分解部１９から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭３３が入れられているガス吸着部１８により構成される分解吸着槽２０と、分解部１９に貯められている被処理水を曝気する散気管３６とを備えている水処理装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理方法に関するものであり、特に、ナノバブルを利用した水処理装置および水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン、有機フッ素化合物（例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）またはパーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）等）などは化学的に安定な物質であって、耐熱性および耐薬品性（例えば、耐酸性）に優れている。それゆえ、これら難分解性化合物は、界面活性剤、または半導体製造における反射防止膜等の産業用材料として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、これら難分解性化合物が広く用いられれば用いられるほど、難分解性化合物が自然界に放出される可能性が増加する。
【０００４】
上述したように、難分解性化合物は化学的に安定な物質であるが故に、一度自然界に放出されれば、深刻な環境汚染の原因となり得る。例えば、北極熊、アザラシおよび鯨の体内から上述したような難分解性化合物が検出されており、難分解性化合物による環境汚染が国際的に深刻化しつつある。
【０００５】
それゆえ、環境汚染を防止するために、産業用材料としてこれらの難分解性化合物を用いる工場からの排水を適切に処理するための水処理技術の開発が進められている。また、用水処理において、河川水等に残存するこれらの難分解性化合物を除去する水処理技術も同時に求められている。
【０００６】
例えば、従来から、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の難分解性化合物を含有する排水の水処理技術としては、燃料を用いて水溶液のままで難分解性化合物を燃焼する燃焼方式、または水溶液に対して高圧をかけることによって水溶液中の化合物を分解する超臨界方式が用いられている。
【０００７】
しかしながら、例えば、半導体工場などから排出される有機フッ素化合物含有排水中の有機フッ素化合物の濃度は、ｐｐｂオーダーであって濃度が低く、かつ排水量が１日あたり数十トン〜数百トンと非常に多い。この場合、上記従来の方法では、排水を処理しきれないのが現状である。
【０００８】
また、用水処理においても、河川水や湖水の有機フッ素化合物濃度は、排水の場合よりもさらに低く、水量も多いため、処理は非常に困難である。
【０００９】
ところで、近年、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用効果があることが明らかになりつつあり、現在、このような気泡を作製する技術およびその効果に対する研究が進みつつある。そして、気泡を用いて、様々な有機物を分解しようとする試みもなされている。
【００１０】
上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。
【００１１】
例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、特許文献１には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。さらに、特許文献１には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種物体を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。さらに、特許文献１には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献１では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。
【００１２】
また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。
【００１３】
また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開）
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開）
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来のバブルを利用した水処理技術では、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去できないという問題点を有している。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することが可能な水処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の１）〜３）を見出し、本発明を完成させた。
１）難分解性化合物（例えば、有機フッ素化合物など）をナノバブルの酸化力を利用して分解する際、活性炭を加えると、活性炭の吸着作用により分解が効率的に進行すること、
２）難分解性化合物をナノバブルの酸化力および活性炭の吸着作用を利用して分解すると、炭素数が少なくなった分解物（例えば、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７など）がガス化して、当該ガスが気相中に放出されること、
３）ガス化した難分解性化合物の分解物は、活性炭の一部が破砕されて生じた微細な破砕活性炭により効率的に吸着され、分解されること。
【００１７】
すなわち、本発明に係る水処理装置は、被処理水中にナノバブルを発生させるナノバブル発生手段と、上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、上記分解部から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭が入れられているガス吸着部により構成される分解吸着槽と、上記分解部に貯められている上記被処理水を曝気する曝気手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、ナノバブルの酸化力と、曝気手段による曝気とによって被処理水中の被分解物質を効率的に分解することができる。また、分解部が曝気されることにより、ガス化した分解物を効率よく水面に送ることができ、また、気相の空気を入れ替えることができるので、ガス化した分解物を効率よくガス吸着部に送ることができる。また、微細活性炭は通常の活性炭と比べて表面積が多く、より吸着効率が高いので、ガス吸着部においてガス化した分解物は微細活性炭により効率よく吸着処理される。従って、上記の構成により、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することができる。
【００１９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記被処理水は有機フッ素化合物を含んでいてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、ナノバブルの酸化力と活性炭の吸着作用とによって、有機フッ素化合物の炭素とフッ素との間の強固な結合を分解することができる。
【００２１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部には活性炭が入れられており、上記微細活性炭は、上記活性炭が上記曝気手段により曝気され破砕されることによって生じた微細活性炭であることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、分解部に活性炭が添加されることにより、分解部において被分解物質を吸着処理することができる。また、曝気されて破砕された微細活性炭を分解部からガス吸着部に移送することにより、微細活性炭を再利用できる。また、活性炭はある程度大きく重さがあるので、微細活性炭よりも容易に投入することができ、扱いやすい。
【００２３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部の被処理水をろ過する急速ろ過機と、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭を上記ガス吸着部に移送する微細活性炭移送手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、急速ろ過機により微細活性炭および浮遊物を被処理水から除くことができ、さらに、微細活性炭を再利用することができる。
【００２５】
また、本発明に係る水処理装置は、上記急速ろ過機を逆洗するための逆洗手段をさらに備えており、上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗手段が流出させる逆洗水によって、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭をガス吸着部に移送することが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、急速ろ過機の急速ろ過機ポンプとともに、上記逆洗手段の逆洗ポンプを稼働させて、逆洗水をガス吸着部に流出させる。これにより、急速ろ過機に堆積される微細活性炭をガス吸着部に導入して微細活性炭を再利用することができるとともに、急速ろ過機を洗浄することができる。
【００２７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗水中に含まれる破過した上記微細活性炭を除去するための自動弁をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、吸着能力の無くなった破過した上記微細活性炭を除去することにより、効率よく分解物の吸着処理を行うことができる。
【００２９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機は、上記微細活性炭を堆積させるための空間を有していることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、ろ過機内に微細活性炭を堆積させ、首尾よく微細活性炭を再利用することができる。
【００３１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部は、水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜した側面と、上記側面に設けられた排出口と、上記微細活性炭よりも大きい活性炭が当該排出口から流出しないように設けられた越流板とを備えていることが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、分解部が傾斜した側面を備えているため、活性炭を効率よく流動させることができる。また、傾斜した側面に排出口および越流板が設置されているので、通常の活性炭は流出せず、微細活性炭のみを流出させることができ、首尾よく微細活性炭を再利用することができる。
【００３３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ガス吸着部は、上記微細活性炭を付着させるための充填材を備えていることが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、充填材を備えることにより、多量の微細活性炭をガス吸着部に備えることができるので、分解物ガスを効率よく吸着処理することができる。
【００３５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材がプラスチックからなることが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、充填材がプラスチックからなる成形品であるので、容易に入手または製造することができる。
【００３７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材がリング型ポリ塩化ビニリデンからなっていてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、リング型ポリ塩化ビニリデンは表面積が多いため、多量の微細活性炭を付着させることができ、分解物ガスを効率よく付着させることができる。
【００３９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材が網状シートであってもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、網状シートは表面積が多いため、多量の微細活性炭を付着させることができ、分解物ガスを効率よく付着させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記被処理水を貯めるナノバブル発生水槽と、上記被処理水を上記ナノバブル発生水槽から上記分解吸着槽に移送する被処理水移送手段とをさらに備えており、上記ナノバブル発生手段は、上記ナノバブル発生水槽に貯められている上記被処理水中に上記ナノバブルを発生させることが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、分解吸着槽とは別のナノバブル発生水槽においてナノバブルを被処理水に導入することにより、分解部に活性炭が含まれる構成においても、活性炭がナノバブル発生手段に入り込んでしまうのを防ぐため、ナノバブル発生手段がナノバブルを理想的な状態で生成することができる。
【００４３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生手段は、液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、上記マイクロバブル含有水をさらにせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、上記ナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部とを備えていることが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、効率よく多量のナノバブルを生成することができる。
【００４５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、上記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、マイクロバブル発生部における流体の旋回乱流を制御することができる。
【００４７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、上記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、マイクロバブル発生部における流体の旋回乱流をより効果的に制御することができる。
【００４９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部では、第１配管を介して液体が供給されるとともに、第２配管を介して上記マイクロバブル含有水が吐出され、上記第１配管の内腔の横断面の面積は、上記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００５０】
上記の構成によれば、空気のせん断を合理的かつ安定的に行うことができ、マイクロバブルを多量に製造することができる。
【００５１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生手段は、上記第１気体せん断部に液体を供給し、液体および気体を混合および循環させる気液混合循環ポンプと、上記第１気体せん断部に気体を供給する第３配管と、上記第１気体せん断部に供給される気体の量を調節する気体量調節手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、多量のナノバブルを生成することができる。
【００５３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記気体量調節手段は、上記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて上記気体を供給することが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、多量のナノバブルを生成することができる。
【００５５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることが好ましい。
【００５６】
上記の構成によれば、はじめは液体のみを供給し、ポンプ出力が最大値に達した時点以降に気体を導入することにより、キャビテーションを起こさないためポンプを損傷させない。
【００５７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることが好ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降にポンプ出力が最大値に達するため、上記構成であればキャビテーションを起こさないためポンプを損傷させない。
【００５９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第３配管は、上記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度をなすように、上記第１気体せん断部に接続されていることが好ましい。
【００６０】
上記の構成によれば、マイクロバブルを多量に発生させることができる。
【００６１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。
【００６２】
上記の構成によれば、マイクロバブルを安定的に発生させることができる。
【００６３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔活性炭吸着塔をさらに備えていることが好ましい。
【００６４】
上記の構成によれば、微量な化合物をさらに吸着処理することができる。
【００６５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理するイオン交換樹脂塔をさらに備えていることが好ましい。
【００６６】
上記の構成によれば、微量な化合物をさらに吸着処理することができる。
【００６７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記微細活性炭は、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６８】
上記の構成によれば、微細活性炭が、分解物ガスをより首尾よく吸着することができる。
【００６９】
また、本発明に係る水処理方法は、有機フッ素化合物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、上記被処理水には、ナノバブルおよび活性炭が添加され、ナノバブルが有する酸化力と、活性炭が有する吸着作用とにより、上記有機フッ素化合物を分解および吸着処理することを特徴としている。
【００７０】
上記の構成によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力と活性炭の吸着作用とにより、有機フッ素化合物の炭素とフッ素との強固な結合を分解することができる。
【００７１】
また、本発明に係る水処理方法では、上記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であってもよい。
【００７２】
上記の構成によれば、上述したような難分解性物質であっても首尾よく分解することができる。
【発明の効果】
【００７３】
本発明の水処理装置によれば、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
〔第１実施形態〕
本発明に係る水処理装置の一実施形態について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る水処理装置の一実施形態を示す図である。
【００７５】
本実施形態に係る水処理装置は、図１に示すように、原水槽２、ナノバブル発生水槽１５、分解吸着槽２０、第１のピット水槽４０、急速ろ過機４４、および第２のピット水槽５６により構成されている。
【００７６】
原水槽２は、被処理水を貯めておくための水槽であり、被処理水を汲み上げるための原水ポンプ３が設置されている。原水槽２には、配管１により被処理水が導入されている。
【００７７】
被処理水とは、例えば有機フッ素化合物等の、被分解物質を含む水溶液であり、各工場から排水される有機フッ素化合物含有水、あるいは微量の有機フッ素化合物を含んでいる一般河川水または一般湖水等が挙げられる。有機フッ素化合物としては、例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）、パーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体等が挙げられる。
【００７８】
ナノバブル発生水槽１５は、被処理水中にナノバブルを発生させるための水槽であり、被処理水中にナノバブル流１３を発生させるためのナノバブル発生機（ナノバブル発生手段）１６が備えられている。ナノバブル３０およびナノバブル発生機１６の構成については後述する。ナノバブル発生水槽１５には、被処理水が原水槽２から原水ポンプ３により配管１４を介して導入される。ナノバブル３０を含んだ被処理水は、オーバーフローによりナノバブル発生水槽１５から流出し、オーバーフロー水配管（被処理水移送手段）１７を通って分解吸着槽２０の分解部１９へと流れる。
【００７９】
ナノバブル発生水槽１５にナノバブル発生機１６を備えることにより、後述する分解部１９に添加される活性炭３１等がナノバブル発生機１６に入り込まないので、ナノバブル３０を理想的な状態において被処理水中に生成させることができる。ナノバブル発生水槽１５においては、被処理水が滞留する時間は数分から数十分程度と短いので、被処理水中に含まれる被分解物質の分解には殆ど寄与しない。
【００８０】
分解吸着槽２０は、被処理水を貯めるための水槽であり、さらに被処理水を分解および吸着処理するための水槽である。分解吸着槽２０は、図１に示すように、分解部１９と、分解部１９の上部に設けられるガス吸着部１８とを備えている。分解部１９には被処理水が満たされており、ガス吸着部１８は、分解部１９において発生した気体が導入される空間であり、例えば、被処理水の上部に形成される。
【００８１】
分解部１９について以下に詳細に説明する。
【００８２】
分解部１９には、図１に示すように、整流板２８、越流板３２、排出口６４、散気管（曝気手段）３６、および傾斜した側壁３４が備えられている。また、分解部１９には、オーバーフロー水配管１７を通して、ナノバブル発生水槽１５からナノバブルを含んだ被処理水が導入される。分解部１９内の被処理水には、ナノバブル３０、活性炭３１および微細活性炭３３が含まれている。
【００８３】
整流板２８は、分解部１９内において被処理水が効率よく撹拌されるよう、流れを整えるために設けられる。
【００８４】
越流板３２は、傾斜した側壁３４に設けられており、微細活性炭３３よりも大きい活性炭３１が排出口６４から流出するのを妨げている。越流板３２を越流する水流により、微細活性炭３３は被処理水とともに排出口６４から流出する。
【００８５】
排出口６４は、被処理水および微細活性炭３３が通る大きさの穴であり、配管３９と接続されている。形成される穴の形状は特に限定されない。排出口６４は、分解部１９の側面に設けられていることが好ましく、傾斜面に設けられていることがより好ましい。また、排出口６４は、微細活性炭３３よりも大きい活性炭３１等が流出しないように設けられていることが好ましい。分解部１９における被処理水は、微細活性炭３３とともにオーバーフローにより排出口６４から流出し、配管３９を通って第１のピット水槽４０へと流入する。
【００８６】
散気管３６は、分解部１９の下部に設置されており、ブロワー３８と接続されており、ブロワー３８から吐出される空気を分解部１９内に曝気する。散気管３６からの曝気により、分解部１９内は強力に撹拌される。散気管３６が設置される場所は、特に限定されないが、分解部１９の底部であることがより好ましい。散気管３６が底部に設置されることにより、活性炭３１が効率よく撹拌される。
【００８７】
側壁３４は、分解部１９の側壁の１つであり、分解部１９の水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜している。なお、分解部１９の底面３５と側壁３４とがなす角度は特に限定されないが、例えば、４５度以上６０度以下であることが好ましい。分解部１９の側壁の少なくとも１つが傾斜していることにより、分解部１９内は曝気により効率よく撹拌される。また、底部が狭くなっているので、沈降する活性炭３１は底部の狭い範囲に集められ、下部に設置された散気管３６からの曝気により効率よく流動される。
【００８８】
ブロワー３８は、分解吸着槽２０の外部に設置されており、空気配管３７を通して散気管３６へと空気を吐出する。ブロワー３８を稼動するための電動機は、インバータ運転を行うために、回転数を制御できる型式の電動機を選ぶことが好ましい。電動機の回転数を制御することにより、本発明に係る水処理装置における微細活性炭３３の総量を調節することができる。
【００８９】
分解部１９内を曝気するための空気量は、特に限定されないが、活性炭３１が撹拌される強さの曝気を生じる量であることが好ましく、例えば水槽容量あたり５０（ｍ３／時間／ｍ３）以上であることが好ましい。強い曝気を生じさせる空気量であれば、活性炭３１を流動させるとともに、分解部１９内の分解物ガス、例えば有機フッ素化合物の分解物であるＰＦＣガス：パーフルオロカーボンガス等、を水面に移動させ、さらにガス吸着部１８に分解物ガス６３として送ることができる。
【００９０】
ナノバブル３０は、上述したようにナノバブル発生水槽１５において被処理水中に生成されたナノバブルであり、被処理水とともに分解部１９へと流入する。
【００９１】
ナノバブル３０によってラジカルが発生し、当該ラジカルによって被処理水中の難分解性化合物が酸化分解されることになる。例えば、ＰＦＯＳおよびＰＦＯＡなどは安定な物質であることが知られているが、本実施の形態の水処理装置であれば、これらの物質をも酸化分解することができる。そして、本願発明者らは、酸化分解反応によって生じる分解物が、分解吸着槽２０内の被処理水の水面からガス化して大気中に放出されることを見出した。つまり、図１に示すように、分解物は、分解物ガス６３として水面から放出される。
【００９２】
分解物ガス６３は、被処理水に含まれる被分解物質の分解物がガス化したものである。例えば被分解物質がＰＦＯＳおよびＰＦＯＡ等の有機フッ素化合物である場合には、当該分解物ガス６３としては、例えば、ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＨ（ｎ＝３、４、５、６）、ＣＦ３（ＣＦ２）ｍＣＯＯＣＨ３（ｍ＝５、６）などを挙げることができる。
【００９３】
活性炭３１は、被分解物質を吸着する機能を有しており、吸着作用のために導入される。活性炭３１は、後述する活性炭投入口６２から、一定量が分解吸着槽２０内に投入され、分解部１９内の被処理水中に落下し、被処理水に含まれる被分解物質の吸着処理に寄与する。活性炭３１は、比重が１よりも大きいために分解部１９の底部に集まろうとし、その結果下部にある散気管３６からの曝気によって効率よく分解部１９内を流動するため、被処理水と効率よく接触できる。活性炭３１としては、例えば粒状の活性炭等が挙げられる。例えば、粒状活性炭（液相用）である「クラレコール（登録商標）」（クラレケミカル株式会社製）を用いることが好ましい。本発明に係る活性炭３１は、粒径の平均が約１．０ｍｍであることが好ましい。また、本発明に係る水処理装置に添加されている活性炭の量は、分解部１９の容量あたり０．２〜０．４（ｃｍ３／ｃｍ３）であることが好ましい。
【００９４】
活性炭３１を添加することにより、ナノバブル３０の有する酸化力と活性炭３１の有する触媒作用とによって、被分解物質を効率よく分解することができる。
【００９５】
微細活性炭３３は、活性炭３１と同様に吸着作用を有しており、活性炭３１よりも微細な活性炭であり、言い換えれば活性炭３１よりも比表面積（単位質量あたりの表面積）が大きい活性炭である。活性炭３１よりも比表面積が多いことにより、吸着効率がより高いため、微細活性炭３３を導入することにより効率よく被分解物質を分解することができる。本実施形態においては、微細活性炭３３として、分解部１９において活性炭３１が強力な曝気により破砕されて生じた微細活性炭３３を用いており、さらに当該微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送している。本実施形態においては、微細活性炭３３は、後述する急速ろ過機４４において、ろ過工程と逆洗工程とが交互に行われることにより移送されるが、移送方法は特に限定されない。
【００９６】
微細活性炭３３の吸着効率は、表面積が多いほど高くなるため、本発明に係る微細活性炭３３は、微細であればあるほど好ましく、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００９７】
なお、本発明に係る微細活性炭３３としては、別途破砕した活性炭、市販の微細な活性炭等を用いることもできる。その場合は、微細活性炭３３を、後述する活性炭投入口６２から分解部１９内に投入した後に、分解部１９からガス吸着部１８へと移送してもよいし、ガス吸着部１８の上部から投入してもよい。しかし、活性炭３１が微細活性炭３３よりも大きく重さがあるため扱いやすいという理由から、本発明においては、分解部１９において活性炭３１が曝気により破砕されて生じた微細活性炭３３を用いることが好ましい。すなわち、表面積を多くする為に、微細活性炭３３のさらなる微細化を推進すると、微細活性炭３３が粉体となり、投入時に巻き上がる等、ハンドリングに問題が発生する。そのため、本実施形態のように、やや大きめサイズの活性炭３１を分解部１９に投入し、強力曝気で破砕して微細活性炭３３とした上でガス吸着部１８に移送するという方法がより合理的である。
【００９８】
次にガス吸着部１８について詳細に説明する。
【００９９】
ガス吸着部１８は、上述した分解物ガス６３を吸着処理するための空間であり、図１に示すように分解部１９の上部に設けられており、穴あき台２１、プラスチック充填材（充填材）２２、散水配管２４、留め具２３、散水ノズル２７、排気煙突２５、および活性炭投入口６２が備えられている。また、プラスチック充填材２２には、微細活性炭３３が付着している。
【０１００】
穴あき台２１は、分解吸着槽２０を水平に区切るよう形成され、固定されており、プラスチック充填材２２を支えられる構造になっている。また、穴あき台２１には、気体、液体、微細活性炭等が通過できる穴が形成されている。
【０１０１】
プラスチック充填材２２は、微細活性炭３３を付着させるための充填材であり、穴あき台の上に設けられる。プラスチック充填材２２としては、例えば月島環境エンジニアリング株式会社のポリエチレン製Ｓ−ＩＩ型等が挙げられる。また、本実施形態においては、充填材としてプラスチック充填材を用いているが、本発明においては、充填材の材質は、プラスチックでなくてもよく、微細活性炭３３を付着しやすい材質であることが好ましい。充填材を設けることにより、多量の微細活性炭３３をガス吸着部１８に備えることができるので、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することが可能になる。
【０１０２】
散水配管２４は、後述する急速ろ過機４４と接続された配管４６と接続されており、急速ろ過機４４を逆洗した逆洗水を通す管である。
【０１０３】
留め具２３は、散水配管２４の末端を閉じるように形成されている留め具である。
【０１０４】
散水ノズル２７は、散水配管２４に一定間隔をおいて設置されており、散水配管２４を流れる上記逆洗水をガス吸着部１８内に散水する。
【０１０５】
排気煙突２５は、ガス吸着部１８の上部に設けられており、ガス吸着部１８内の空気を排出するための煙突である。
【０１０６】
活性炭投入口６２は、分解吸着槽２０内に活性炭３１を投入するための投入口であり、穴あき台２１より下に設けられている。活性炭投入口６２から投入された活性炭３１は、分解部１９内の被処理水へと落下する。
【０１０７】
ガス吸着部１８には、分解部１９から分解物ガス６３が流入し、分解物ガス６３に含まれる分解物は、プラスチック充填材２２に付着した微細活性炭３３により吸着処理されながら、新たな分解物ガス６３の流入と拡散効果とによりガス吸着部１８内を上昇する。その後、排気煙突２５から排気ガス２６を排気する。
【０１０８】
排気ガス２６は、分解物ガス６３がガス吸着部１８において吸着処理されたガスであり、上部に設置された排気煙突２５から排気される。
【０１０９】
第１のピット水槽４０は、分解吸着槽２０の分解部１９から流出した被処理水および微細活性炭３３を貯めておくための水槽である。第１のピット水槽４０には、被処理水を汲み上げるための急速ろ過機ポンプ４１が設置されている。第１のピット水槽４０内の被処理水は、急速ろ過機ポンプ４１により配管４３を通って急速ろ過機４４へと送られる。急速ろ過機ポンプ４１は、後述するシーケンサー４９と電気的に接続されている。
【０１１０】
配管４３には、配管４３内における水圧を測定するための圧力計４２が接続されている。圧力計４２は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されている。
【０１１１】
急速ろ過機４４は、被処理水中の微細活性炭３３、浮遊物質等を固液分離するための装置であり、ろ過層６５を有している。また、急速ろ過機４４には、微細活性炭３３が堆積するための空間を有していることが好ましい。急速ろ過機４４には、配管４３および４６が上部に接続され、配管５１および５２が下部に接続されている。配管４３は第１のピット水槽４０内と通じており、配管５１および５２は第２のピット水槽５６内と通じている。
【０１１２】
急速ろ過機４４では、被処理水をろ過するろ過工程と、ろ過層６５を逆洗する逆洗工程とが交互に行われており、それらは後述するシーケンサー４９により調節されている。ろ過工程および逆洗工程については後述する。
【０１１３】
配管４６は二又に分かれており、一方には排出自動弁４７が、もう一方には散水自動弁４８が設けられている。排出自動弁４７の先は外部へとつながっている。また、散水自動弁４８の先は、散水配管２４へと接続されている。排出自動弁４７および散水自動弁４８は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されており、シーケンサー４９からの信号により開閉を調節される。
【０１１４】
第２のピット水槽５６は、急速ろ過機４４により固液分離された被処理水を貯めておく水槽である。第２のピット水槽５６には、被処理水を汲み上げるためのポンプ５４が設置されており、被処理水がポンプ５４により配管５５を通って次の工程へ送水される。次の工程としては、自然界へ放流する、活性炭吸着塔へ移送する、イオン交換樹脂塔へと移送する等の工程が挙げられる。
【０１１５】
また、第２のピット水槽５６には、被処理水を汲み上げるための急速ろ過機逆洗ポンプ（逆洗手段）５３が設置されている。急速ろ過機逆洗ポンプ５３は、第２のピット水槽５６から被処理水を急速ろ過機４４へと移送させるポンプである。急速ろ過機逆洗ポンプ５３は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されている。
【０１１６】
シーケンサー４９は、信号線５０を介して圧力計４２と接続されており、配管４３内の水圧値を定期的に受信する。また、急速ろ過機ポンプ４１、急速ろ過機逆洗ポンプ５３、排出自動弁４７および散水自動弁４８と信号線５０を介して電気的に接続され、これらを調節することによって、上述したろ過工程と、逆洗工程と、後述する微細活性炭排出工程とを切り替えている。
【０１１７】
以下にシーケンサー４９による調節方法について詳細に説明する。
【０１１８】
まず、ろ過工程について説明する。ろ過工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を作動させ、第１のピット水槽４０から急速ろ過機４４へと被処理水を移送させている。一方、急速ろ過機逆洗ポンプ５３は停止させており、排出自動弁４７および散水自動弁４８を閉じている。
【０１１９】
その結果、第１のピット水槽４０から配管４３を通って被処理水が急速ろ過機４４に流入し、被処理水がろ過層を上側から下側へ、言い換えればろ過方向の上流側から下流側へと流れる。その結果、被処理水に含まれる微細活性炭３３がろ過層６５の上部に堆積し、微細活性炭層４５が形成される。ろ過層を通過した被処理水は、配管５１を通って第２のピット水槽５６へと移送される。
【０１２０】
また、シーケンサー４９は、圧力計４２から信号線５０を介して配管４３内の水圧値を定期的に受信している。配管４３内の水圧値が一定の値以上を示すと、シーケンサー４９は、ろ過工程を停止し、逆洗工程に切り替える。
【０１２１】
配管４３内の水圧値は、急速ろ過機４４内の微細活性炭層４５が厚くなるほど高くなる。従って、上記一定の値は、微細活性炭層４５に適度な量の微細活性炭３３が堆積している時に相当する水圧値に設定することが好ましい。
【０１２２】
次に、逆洗工程について説明する。逆洗工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を停止させ、散水自動弁４８を開き、急速ろ過機逆洗ポンプ５３を作動させる。なお、排出自動弁４７は、閉じられたままである。
【０１２３】
その結果、第２のピット水槽５６から、被処理水が配管５２を介して急速ろ過機４４に流入し、被処理水がろ過層を下側から上側へ、言い換えればろ過方向の下流側から上流側へと、ろ過工程とは逆向きに流れる。その結果、被処理水は、急速ろ過機４４を逆洗し、微細活性炭層４５に堆積している微細活性炭３３を含んだ逆洗水となり、配管（微細活性炭移送手段）４６へと流出する。
【０１２４】
配管４６へと流出した逆洗水は、開いている散水自動弁４８を通って、ガス吸着部１８内の散水配管（微細活性炭移送手段）２４へと導かれ、散水ノズル２７からガス吸着部１８内に散水される。その結果、逆洗水に含まれる微細活性炭３３がガス吸着部１８に導入される。
【０１２５】
急速ろ過機４４が十分に逆洗された後、シーケンサー４９により逆洗工程が停止され、ろ過工程が開始される。その結果、急速ろ過機４４の微細活性炭層４５に新たに微細活性炭３３が堆積され始める。
【０１２６】
なお、ろ過工程と逆洗工程との切り替えは、シーケンサー４９に組み込まれたタイマーによって作動されてもよい。
【０１２７】
本実施形態においては、ろ過工程と逆洗工程とを交互に行うことにより、微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送することができる。また、逆洗工程を行うことにより、急速ろ過機４４を洗浄できるので、ろ過工程を効率よく行うことができる。
【０１２８】
ガス吸着部１８に移送された微細活性炭３３は、プラスチック充填材２２に付着し、分解物ガス６３の吸着処理に寄与する。微細活性炭３３は、一定時間プラスチック充填材２２に付着した後、新たに導入された微細活性炭３３に取って代わられ、下部の分解部１９へと落下する。
【０１２９】
本実施形態においては、微細活性炭３３は、分解部１９から第１のピット水槽４０へと頻繁に流出するため、多くの微細活性炭３３が急速ろ過機４４へと流れ、堆積する。従って、従来の水処理装置における急速ろ過機と比較すると、本実施形態の急速ろ過機４４においては、堆積物の堆積速度が速いため、配管４３内の水圧値の上昇は速くなる。その結果、ろ過工程と逆洗工程とが切り替えられる頻度は高くなる。このような構成により、本実施形態における水処理装置は、効率よく微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送するため、微細活性炭３３を効率よく再利用することができる。
【０１３０】
本実施形態においては、微細活性炭３３は、分解部１９において有機フッ素化合物等の被分解物質を吸着し、ナノバブルによる分解に寄与した後、被処理水とともに流出し、急速ろ過機４４において固液分離されて堆積する。その後急速ろ過機４４の逆洗により逆洗水とともに配管４６へと流出し、散水自動弁４８を通過して散水配管２４へと導かれ、ガス吸着部１８内に散水される。散水された後、プラスチック充填材２２に付着し、有機フッ素化合物等の被分解物質から生じた分解物ガス６３の吸着処理に寄与する。散水ノズル２７からの新たな逆洗水の散水によって、新たに導入された微細活性炭３３に取って代わられ、微細活性炭３３はプラスチック充填材２２から離れて分解部１９へと落下し、上記の動作を繰り返す。
【０１３１】
上記のサイクルを何度か繰り返した後、微細活性炭３３は破過する。破過した微細活性炭３３の割合が多くなると、ガス吸着部１８における分解物の吸着処理能力が大幅に低下し、処理されない分解物が排気ガス２６中に多く含まれるようになる。
【０１３２】
排気ガス２６中に残留する分解物の量が増加した際には、シーケンサー４９により、微細活性炭排出工程が行われる。
【０１３３】
次に、微細活性炭排出工程について説明する。
【０１３４】
微細活性炭排出工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を停止させ、散水自動弁４８を閉じ、排出自動弁４７を開き、急速ろ過機逆洗ポンプ５３を作動させる。その結果、微細活性炭３３を含んだ上記逆洗水は配管４６を通った後排出自動弁４７を通り、外部に排出される。
【０１３５】
微細活性炭排出工程は、ガス吸着部１８における分解物ガスの吸着処理能力が大幅に低下した時点で行うことが好ましい。また、その頻度は、被処理水の水質によって調整されることが好ましい。
【０１３６】
微細活性炭３３が外部に排出されると、水処理装置内の微細活性炭３３の総量が減少するので、適宜、新たな活性炭３１を活性炭投入口６２から投入することが好ましい。新たに投入された活性炭３１は、分解部１９において曝気により破砕され、微細活性炭３３となる。
【０１３７】
（ナノバブル発生機１６）
ナノバブル発生機１６について、図１を参照して詳細に説明する。
【０１３８】
ナノバブル発生機１６は、図１に示すように、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８、第３気体せん断部１２、電動ニードルバルブ（気体量調節手段）１１、第１配管４、第２配管７、第３配管１０、および第４配管９により構成される。
【０１３９】
第１気体せん断部６について、以下に詳細に説明する。
【０１４０】
第１気体せん断部６では、気体と液体とから、マイクロバブル含有水が作成される。
【０１４１】
なお、本明細書において「マイクロバブル」とは、その発生時において１０μｍから数十μｍの直径を有する気泡であり、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルに変化する。また、「マイクロナノバブル」とは、数百ｎｍから１０μｍの直径を有する気泡であり、「ナノバブル」とは、数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【０１４２】
図１に示すように、第１気体せん断部６には第１配管４、第２配管７および第３配管１０が接続されている。また、第１気体せん断部６には、気液混合循環ポンプ５が備えられている。
【０１４３】
気液混合循環ポンプ５は、第１気体せん断部６に第１配管４を介して液体を供給するポンプである。
【０１４４】
気液混合循環ポンプ５としては特に限定されないが、揚程４０ｍ以上（４ｋｇ/ｃｍ２の圧力）の高揚程のポンプであることが好ましい。また、気液混合循環ポンプ５としてはトルクが安定している２ポールのポンプを用いることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能であり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルをより微細にせん断することができる。
【０１４５】
また、気液混合循環ポンプ５では、ポンプの圧力が制御されていることが好ましい。例えば、気液混合循環ポンプ５の回転数が、インバーター等の回転制御部（図示せず）によって制御されていることが好ましい。なお、上記回転制御部は、さらにシーケンサー（図示せず）によって制御され得る。上記構成によれば、上記第１気体せん断部６の中のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能となり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルを所望のサイズに揃えることができる。
【０１４６】
第１気体せん断部６に供給される液体としては特に限定されないが、例えば、ナノバブル発生水槽１５内の被処理水を用いることが好ましい。上記構成であれば、本実施形態の水処理装置を小さく設計することができる。
【０１４７】
また、第１気体せん断部６には第３配管１０を介して気体が供給される。
【０１４８】
第３配管１０を第１気体せん断部６へ接続させる場合、上記第１気体せん断部６上における第３配管１０の接続位置、および上記第１気体せん断部６に対する第３配管１０の接続角度等は特に限定されない。例えば、第３配管１０は上記第１気体せん断部６の側面に接続されるとともに、上記第１気体せん断部６の内側面（換言すれば、第１気体せん断部６の内面に対する接線）に対して略１８度の角度をなすように接続されることが好ましい。
【０１４９】
第１気体せん断部内においてマイクロバブルを効率的に作製するためには、効率的に気体をせん断する必要がある。このとき、液体を超高速回転させて負圧部を形成し、当該負圧部に気体を導入する。なお、「負圧部」とは、気体と液体との混合物の中で周りと比較して圧力が小さな領域を意図する。そして、気体と液体との回転速度の差により、効率的に気体をせん断させている。この場合、上記接続角度が１８度であるときが、最も気体のせん断効率が高く、それゆえ、最も多くのマイクロバブルを作製することができる。
【０１５０】
第１気体せん断部６内への気体の供給、および気体の供給量の調節は、第３配管１０の先端に接続された電動ニードルバルブ１１の開閉動作によって調節され得る。
【０１５１】
第１気体せん断部６に供給される気体としては、特に限定されないが、例えば、空気、オゾンまたは酸素であることが好ましく、オゾンまたは酸素であることがより好ましい。オゾンまたは酸素を用いることにより、空気を用いるよりも多量のラジカルを発生させることができるので、より効果的に難分解性化合物を酸化分解することができる。なお、オゾンまたは酸素を用いる場合には、電動ニードルバルブ１１の末端に、各気体を貯蔵し得るタンクを設けることが好ましい。なお、上記タンクの具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知のタンクを用いることが可能である。
【０１５２】
電動ニードルバルブ１１の開閉動作のタイミングは特に限定されない。例えば、まず気液混合循環ポンプ５の運転を開始することによって第１気体せん断部６内に液体を導入するとともに当該液体を攪拌させる。その後、気液混合循環ポンプ５の出力が最大値に達した時点以降に電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって第１気体せん断部６内に気体を供給することが好ましい。また、気液混合循環ポンプ５の運転を開始してから６０秒後以降に電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって上記第１気体せん断部６内に気体を供給することが、より好ましい。
【０１５３】
気液混合循環ポンプ５の運転開始時に電動ニードルバルブ１１を開くことも可能であるが、この場合、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起こし、その結果、気液混合循環ポンプ５が損傷する恐れがある。しかし、上述したように、まず液体を導入した後に気体を導入する構成であれば、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起こすことを防止することができるので、その結果、気液混合循環ポンプ５が破損することを防ぐことができる。
【０１５４】
電動ニードルバルブ１１を開くことによって第１気体せん断部６内に供給される気体の量は特に限定されない。例えば、第１気体せん断部６に対して、１．２リットル／分以下にて気体を供給することが好ましい。上記構成であれば、最終的に多量のナノバブル含有水を作製することができる。
【０１５５】
その後、第１気体せん断部６の中で上記液体と上記気体とが混合およびせん断されて、その結果、マイクロバブル含有水が作製され、第２配管７を介して第２気体せん断部にマイクロバブル含有水が吐出される。
【０１５６】
第１気体せん断部６の材料は特に限定されないが、ステンレス、プラスチック、または樹脂であることが好ましい。上記材料の中では、ステンレスが最も好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水中に不純物が混入することを防止することができるとともに、第１気体せん断部６が振動することを防止することができる。
【０１５７】
また、上記第１気体せん断部６の厚さ（隔壁の厚さ）は特に限定されないが、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。一般的に、第１気体せん断部６の厚さが薄ければ、第１気体せん断部６中のマイクロバブル含有水の運動によって、第１気体せん断部６が振動する。つまり、マイクロバブル含有水の運動エネルギーが振動として外部に伝播して失われるので、マイクロバブル含有水の高速流動運動が低下し、その結果、せん断エネルギーが低下する。しかしながら、上記構成によれば、第１気体せん断部６の振動を防ぐことかできるので、効率よくマイクロバブルを作製することができる。
【０１５８】
第１気体せん断部６の内腔の横断面の形状は特に限定されないが、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。また、上記第１気体せん断部６の内腔表面は、鏡面仕上げによって形成されていることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６の内部表面の摩擦が小さいので、気体と液体との混合物を高速旋回させることができるとともに、気体を効率良くせん断することができる。その結果、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１５９】
また、第１気体せん断部６の内部表面（内腔表面）には、溝が設けられていることが好ましい。また、上記溝の数は特に限定されないが、２本以上設けられていることが好ましい。また、上記溝は、第１気体せん断部６の内部表面上に形成された凹形状を有するものであればよく、その形状は特に限定されない。例えば、上記溝は、深さ略０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ、幅略０．８ｍｍ以下であることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内の液体と気体との混合物の旋回乱流の発生を制御することができるので、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１６０】
また、上記第１気体せん断部６へは、第１配管４を介して液体が供給され、第２配管７を介してマイクロバブル含有水が吐出されている。このとき、液体を供給する第１配管４の内腔の横断面の面積は、マイクロバブル含有水を吐出する第２配管７の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水の吐出圧力を高めることができるので、安定的にマイクロバブルを発生させることができる。
【０１６１】
第１気体せん断部６におけるマイクロバブル含有水の製造のメカニズムについて、さらに詳細に説明する。
【０１６２】
第１気体せん断部６においては、気液混合循環ポンプ５を用いて気体と液体との混合物の圧力が流体力学的に制御されるとともに、負圧部に対して気体が吸入される。そして、上記混合物を高速流体運動させて負圧部を形成しながら気体をせん断することによって、微細なマイクロバブルを発生させる。換言すれば、液体と気体とを効果的に自給混合するとともに、圧送する。これによって、より微細なマイクロバブルを含有するマイクロバブル含有水を形成することができる。
【０１６３】
気液混合循環ポンプ５を有する第１気体せん断部６がマイクロバブルを発生させるメカニズムについて、より詳細に説明する。
【０１６４】
まず、上記第１気体せん断部６において、マイクロバブル含有水の構成成分である液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。具体的には、インペラと呼ばれる羽を超高速で回転させて、液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。このとき、第１気体せん断部６の中心部には、高速旋回する気体空洞部が形成される。
【０１６５】
次いで、上記気体空洞部を圧力によって竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。このとき、上記気体空洞部に対しては、当該気体空洞部の負圧を利用して、気体を自動的に供給させる。そして、さらにマイクロバブルを切断・粉砕しながら混相旋回流を回転させる。なお、上記切断・粉砕は、第１気体せん断部６の出口内外における気液二相流体の回転速度の差によって生じる。なお、上記回転速度の差は、５００〜６００回転／秒であることが好ましい。
【０１６６】
すなわち、第１気体せん断部６において、気液混合循環ポンプ５によってマイクロバブル含有水を高速流体運動させることによって負圧部を形成するとともに、流体力学的にマイクロバブル含有水の圧力を制御することによって上記負圧部に対して気体を供給している。その結果、第１気体せん断部６では、マイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、気液混合循環ポンプ５を用いて液体と気体とを効果的に自給混合しながら圧送することによりマイクロバブル含有水を製造することができる。
【０１６７】
次に、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２について詳細に説明する。
【０１６８】
第２気体せん断部８は、第１気体せん断部６にて作製されたマイクロバブル含有水をさらにせん断して、ナノバブル含有水を作製している。
【０１６９】
また、第３気体せん断部１２は、第２気体せん断部８にて作製されたナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製している。
【０１７０】
第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることが好ましい。
【０１７１】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内腔の横断面の形状は、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部表面の抵抗（摩擦）が小さいので、マイクロバブル含有水を高速旋回させることができるとともに、マイクロバブル含有水を効率良くせん断することができ、その結果、多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１７２】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２には、小孔が開いていることが好ましい。上記小孔の開口の直径は特に限定されないが、４ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部におけるバブル含有水の旋回運動を制御することができる。つまり、上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部の旋回乱流の発生を制御することができる。その結果、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２によって、安定にナノバブルを発生させることができる。なお、上記小孔の具体的なサイズは、ポンプの吸引最大値、モーター出力値、およびポンプ吐出圧力値によって決定することも可能である。
【０１７３】
最終的に、第３気体せん断部１２により、被処理水中にナノバブル流１３が吐出される。
【０１７４】
本実施形態に係るナノバブル発生機１６においては、気液混合循環ポンプ５によって、マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へ圧送される。マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へと配管を介して圧送される場合には、マイクロバブル含有水が圧送される方向に向かって、徐々にまたは段階的に配管の直径が小さくなることが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水をより高速で流体運動しながら竜巻状に細くすることができる。換言すれば、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることができる。その結果、マイクロバブルからナノバブルを効率よく発生させることができるとともに、ナノバブル含有水中に超高温の極限反応場を形成することができる。
【０１７５】
上記極限反応場が形成されると、ナノバブル含有水が局部的に高温高圧状態となり、当該局所にて不安定なフリーラジカルができるとともに、同時に熱が発生される。フリーラジカルは不対電子を有する原子または分子であって、他の原子または分子から電子を奪い取って安定化しようとする。それゆえ、フリーラジカルを含むナノバブル含有水は、強い酸化力を示すことになる。したがって上記構成によれば、フリーラジカルの作用によって、有機物などを酸化分解することができる。
【０１７６】
上述した気液混合循環ポンプ５、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２などの具体的な構成としては特に限定しないが、例えば市販のものを用いることが可能である。例えば、株式会社 協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いることが可能であるが、これに限定されない。
〔第２実施形態〕
本発明の他の実施形態（第２実施形態）について図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１７７】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２を、リング型ポリ塩化ビニリデン５７に置き換えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１７８】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８において、微細活性炭３３がリング型ポリ塩化ビニリデン５７に付着している。リング型ポリ塩化ビニリデン５７は、繊維状であり表面積が多いため、多量の微細活性炭３３を付着させることができる。その結果、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することができる。
【０１７９】
また、リング型ポリ塩化ビニリデン５７は、微生物の固定化担体として利用される充填材であるため、本実施形態において、リング型ポリ塩化ビニリデン５７に微生物を繁殖させ、分解物ガス６３をさらに分解することもできる。
〔第３実施形態〕
本発明の他の実施形態（第３実施形態）について図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８０】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２を、網状ブロック（網状シート）６１に置き換えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８１】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８において、微細活性炭３３が網状ブロック６１に付着している。網状ブロック６１は、表面積が多いため、多量の微細活性炭３３を付着させることができる。その結果、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することができる。また、網状ブロック６１は、網状の構造であるため、微細活性炭３３が付着しても分解物ガス６３の通り道を塞ぐことがなく、閉塞現象が起こらない。従って、分解物ガス６３をガス吸着部１８において効率よく上昇させ、排気煙突２５から排気して除去することができる。
〔第４実施形態〕
本発明の他の実施形態（第４実施形態）について図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８２】
本実施形態の水処理装置は、第１実施形態の水処理装置における第２のピット水槽５６と配管で接続された活性炭吸着塔５８を備えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８３】
本実施形態の水処理装置では、第２のピット水槽５６内の被処理水は、ポンプ５４により汲み上げられ、活性炭吸着塔５８に移送される。
【０１８４】
活性炭吸着塔５８では、被処理水中の微量に残存している有機フッ素化合物を吸着処理している。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。なお、活性炭吸着塔５８から放出された被処理水は、水槽５９へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１８５】
活性炭吸着塔５８に充填される活性炭としては、特に限定されないが、例えば水処理用活性炭であるクラレコールＧＷ（クラレケミカル株式会社製）等が挙げられる。
〔第５実施形態〕
本発明の他の実施形態（第５実施形態）について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８６】
本実施形態の水処理装置は、第１実施形態の水処理装置における第２のピット水槽５６と配管で接続されたイオン交換樹脂塔６０を備えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８７】
本実施形態の水処理装置では、第２のピット水槽５６内の被処理水は、ポンプ５４により汲み上げられ、イオン交換樹脂塔６０に移送される。イオン交換樹脂塔６０においては、被処理水中においてイオンとなっている有機フッ素化合物を選択的にイオン交換して、処理することができる。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。イオン交換樹脂塔６０は、イオン化している有機フッ素化合物を容易に処理することができる。例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸は液相中において溶解してイオンとなっており、本実施形態の水処理装置によって容易に処理することができる。イオン交換樹脂塔６０から放出された被処理水は、水槽５９へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１８８】
イオン交換樹脂塔６０に充填されるイオン交換樹脂としては、特に限定されないが、例えばダイヤイオン（三菱化学株式会社製）等が挙げられる。
〔第６実施形態〕
本発明の他の実施形態（第６実施形態）について図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８９】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２がない構成となっている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１９０】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８に充填材が備えられていないため、ガス吸着部１８内において、逆洗水とともに散水される微細活性炭３３は、散水されている状態にて分解物ガス６３の吸着処理を行っている。
【０１９１】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８に充填材が備えられていないため、イニシャルコストを低くすることができる。被処理水に含まれる有機フッ素化合物等の被分解物質の濃度が低い場合には、本実施形態の水処理装置が用いられることが好ましい。
【実施例】
【０１９２】
本発明の第１実施形態に基づき、水処理装置となる連続式実験装置を作製した。
【０１９３】
本実施例における水処理装置について、図１を参照して以下に説明する。
【０１９４】
原水槽２の容量は０．５ｍ３、ナノバブル発生水槽１５の容量は０．１ｍ３、分解吸着槽２０の上部におけるガス吸着部１８の容量は約１．０ｍ３、分解吸着槽２０の下部における分解部１９の容量は約０．７ｍ３、第１のピット水槽４０の容量は０．１ｍ３、急速ろ過機４４の容量は０．２ｍ３、第２のピット水槽５６の容量は０．１ｍ３とした。
【０１９５】
ナノバブル発生水槽１５には、ナノバブル発生機１６として、気液混合循環ポンプ５が３．７ｋＷの出力を有する電動機により構成されている、株式会社 協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いた。
【０１９６】
分解部１９には、活性炭３１として水処理用活性炭（液相用）である「クラレコールＧＷ（登録商標）」（クラレケミカル株式会社製）を、分解部１９の容量あたり０．３（ｃｍ３／ｃｍ３）添加した。分解部１９における散気管３６からの曝気空気量は、水槽容量あたり５０ｍ３／時間／ｍ３とした。従って、本実施例における水処理装置を作動させると、分解部１９において活性炭３１が曝気され破砕されて微細活性炭３３となり、当該微細活性炭３３はガス吸着部１８に供給された。
【０１９７】
ガス吸着部１８には、プラスチック充填材２２としてポリエチレン製Ｓ−ＩＩ型（月島環境エンジニアリング株式会社製）を充填した。ガス吸着部１８の容量におけるプラスチック充填材２２の充填率は４０％とした。
【０１９８】
原水槽２には、３０ｐｐｂの濃度のＰＦＯＳを含む有機フッ素化合物含有水を導入した。
【０１９９】
本実施例における水処理装置を作動させた後、１２日目の原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水について、ＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を測定した。また、排気ガス２６について、ＰＦＯＳの濃度を測定し、分解物の定性試験を行った。
【０２００】
なお、被処理水中に存在するＰＦＯＳの濃度は、ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ（液体クロマトグラフ−タンデム型質量分析計）によって測定した。また、排気ガス２６について行ったＰＦＯＳの濃度測定、および分解物の定性試験は、ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー質量分析）によって行った。
【０２０１】
本実施例の結果を表１および表２に示す。表１は、原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水におけるＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を示しており、表２は、排気ガス２６における、ＰＦＯＳの濃度、および分解物の定性試験の結果を示している。
【０２０２】
【表１】
【０２０３】
【表２】
【０２０４】
表１および表２から、以下のａ）〜ｅ）が明らかになった。
【０２０５】
ａ）第２のピット水槽５６におけるＰＦＯＳの濃度は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解されたことが明らかになった。ＰＦＯＳの除去率は９１％であった。
【０２０６】
ｂ）第２のピット水槽５６における総フッ素量は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、ＰＦＯＳの分解物はガス化して、分解部１９からガス吸着部１８へと移送していることが明らかになった。
【０２０７】
ｃ）第２のピット水槽５６において硫酸イオンが検出されたことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解され、その分解物の一部として硫酸イオンが遊離されたことが明らかになった。
【０２０８】
ｄ）排気ガス２６においてＰＦＯＳが高濃度にては検出されていないので、ＰＦＯＳは、単に霧状（ミスト）になって気相中に飛散したのではないことが明らかになった。
【０２０９】
ｅ）排気ガス２６において、パーフルオロカーボン（ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＨ、ｎ＝３、４、５、６）等の分解物が検出されなかったので、ガス化したＰＦＯＳの分解物は、ガス吸着部１８において微細活性炭３３に吸着されたことが明らかになった。
【０２１０】
なお、本実施例の比較例として、分解部１９に活性炭３１を添加していない水処理装置を作製した。本比較例の水処理装置においては、分解部１９に活性炭３１が添加されていないので、微細活性炭３３が生成されず、従ってガス吸着部１８に微細活性炭３３が供給されない。本比較例の水処理装置において、分解部１９に活性炭３１が添加されていない点、および活性炭３１から微細活性炭３３が生成され、ガス吸着部１８に供給されない点以外は本実施例と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。
【０２１１】
本比較例の結果を表３および表４に示す。表３は、水処理装置の作動後１２日目の原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水におけるＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を示しており、表４は、排気ガス２６における、ＰＦＯＳの濃度、および分解物の定性試験の結果を示している。
【０２１２】
【表３】
【０２１３】
【表４】
【０２１４】
表３および表４から、以下のａ）〜ｅ）が明らかになった。
【０２１５】
ａ）第２のピット水槽５６におけるＰＦＯＳの濃度は、原水槽２に比べて低かったことから、活性炭３１がなくても、すなわちナノバブルのみでも、被処理水中のＰＦＯＳが分解されたことが明らかになった。ＰＦＯＳの除去率は７６％であった。
【０２１６】
ｂ）第２のピット水槽５６における総フッ素量は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、活性炭３１がなくても、すなわちナノバブルのみでも、ＰＦＯＳの分解物はガス化して、分解部１９からガス吸着部１８へと移送していることが明らかになった。
【０２１７】
ｃ）第２のピット水槽５６において硫酸イオンが検出されたことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解され、その分解物の一部として硫酸イオンが遊離されたことが明らかになった。
【０２１８】
ｄ）排気ガス２６においてＰＦＯＳが高濃度にては検出されていないので、ＰＦＯＳは、単に霧状（ミスト）になって気相中に飛散したのではないことが明らかになった。
【０２１９】
ｅ）排気ガス２６において、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８のパーフルオロカーボン等の分解物が検出されたことから、ガス化したＰＦＯＳの分解物は、ガス吸着部１８において吸着されなかったことが明らかになった。
【０２２０】
実施例と比較例との比較から、本実施形態に係る水処理装置において、分解部１９に活性炭３１を添加することにより、被処理水中のＰＦＯＳの除去率が増加することが明らかになった。また、活性炭３１を曝気によって破砕して微細活性炭３３を生成し、さらにその微細活性炭３３をガス吸着部１８に供給することにより、ガス化したＰＦＯＳの分解物が効率よく吸着されることが明らかになった。
【０２２１】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２２２】
本発明は、工業用水、農業用水、生活用水等の用水処理装置および工業排水、農業排水、生活排水等の排水処理装置を製造する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明における水処理装置の実施の一形態（第１実施形態）を示す模式図である。
【図２】本発明における水処理装置の実施の一形態（第２実施形態）を示す模式図である。
【図３】本発明における水処理装置の実施の一形態（第３実施形態）を示す模式図である。
【図４】本発明における水処理装置の実施の一形態（第４実施形態）を示す模式図である。
【図５】本発明における水処理装置の実施の一形態（第５実施形態）を示す模式図である。
【図６】本発明における水処理装置の実施の一形態（第６実施形態）を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２２４】
２ 原水槽
４ 第１配管
５ 気液混合循環ポンプ
６ 第１気体せん断部
７ 第２配管
８ 第２気体せん断部
９ 第４配管
１０ 第３配管
１１ 電動ニードルバルブ（気体量調節手段）
１２ 第３気体せん断部
１５ ナノバブル発生水槽
１６ ナノバブル発生機（ナノバブル発生手段）
１７ オーバーフロー水配管（被処理水移送手段）
１８ ガス吸着部
１９ 分解部
２０ 分解吸着槽
２２ プラスチック充填材
２４ 散水配管（微細活性炭移送手段）
３０ ナノバブル
３１ 活性炭
３２ 越流板
３３ 微細活性炭
３４ 側壁（側面）
３６ 散気管（曝気手段）
４０ 第１のピット水槽
４４ 急速ろ過機
４６ 配管（微細活性炭移送手段）
５３ 急速ろ過機逆洗ポンプ（逆洗手段）
５６ 第２のピット水槽
５７ リング型ポリ塩化ビニリデン
５８ 活性炭吸着塔
６０ イオン交換樹脂塔
６１ 網状ブロック（網状シート）
６４ 排出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置および水処理方法に関するものであり、特に、ナノバブルを利用した水処理装置および水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン、有機フッ素化合物（例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）またはパーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）等）などは化学的に安定な物質であって、耐熱性および耐薬品性（例えば、耐酸性）に優れている。それゆえ、これら難分解性化合物は、界面活性剤、または半導体製造における反射防止膜等の産業用材料として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、これら難分解性化合物が広く用いられれば用いられるほど、難分解性化合物が自然界に放出される可能性が増加する。
【０００４】
上述したように、難分解性化合物は化学的に安定な物質であるが故に、一度自然界に放出されれば、深刻な環境汚染の原因となり得る。例えば、北極熊、アザラシおよび鯨の体内から上述したような難分解性化合物が検出されており、難分解性化合物による環境汚染が国際的に深刻化しつつある。
【０００５】
それゆえ、環境汚染を防止するために、産業用材料としてこれらの難分解性化合物を用いる工場からの排水を適切に処理するための水処理技術の開発が進められている。また、用水処理において、河川水等に残存するこれらの難分解性化合物を除去する水処理技術も同時に求められている。
【０００６】
例えば、従来から、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の難分解性化合物を含有する排水の水処理技術としては、燃料を用いて水溶液のままで難分解性化合物を燃焼する燃焼方式、または水溶液に対して高圧をかけることによって水溶液中の化合物を分解する超臨界方式が用いられている。
【０００７】
しかしながら、例えば、半導体工場などから排出される有機フッ素化合物含有排水中の有機フッ素化合物の濃度は、ｐｐｂオーダーであって濃度が低く、かつ排水量が１日あたり数十トン〜数百トンと非常に多い。この場合、上記従来の方法では、排水を処理しきれないのが現状である。
【０００８】
また、用水処理においても、河川水や湖水の有機フッ素化合物濃度は、排水の場合よりもさらに低く、水量も多いため、処理は非常に困難である。
【０００９】
ところで、近年、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用効果があることが明らかになりつつあり、現在、このような気泡を作製する技術およびその効果に対する研究が進みつつある。そして、気泡を用いて、様々な有機物を分解しようとする試みもなされている。
【００１０】
上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。
【００１１】
例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、特許文献１には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。さらに、特許文献１には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種物体を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。さらに、特許文献１には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献１では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。
【００１２】
また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。
【００１３】
また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開）
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開）
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来のバブルを利用した水処理技術では、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去できないという問題点を有している。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することが可能な水処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の１）〜３）を見出し、本発明を完成させた。
１）難分解性化合物（例えば、有機フッ素化合物など）をナノバブルの酸化力を利用して分解する際、活性炭を加えると、活性炭の吸着作用により分解が効率的に進行すること、
２）難分解性化合物をナノバブルの酸化力および活性炭の吸着作用を利用して分解すると、炭素数が少なくなった分解物（例えば、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７など）がガス化して、当該ガスが気相中に放出されること、
３）ガス化した難分解性化合物の分解物は、活性炭の一部が破砕されて生じた微細な破砕活性炭により効率的に吸着され、分解されること。
【００１７】
すなわち、本発明に係る水処理装置は、被処理水中にナノバブルを発生させるナノバブル発生手段と、上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、上記分解部から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭が入れられているガス吸着部により構成される分解吸着槽と、上記分解部に貯められている上記被処理水を曝気する曝気手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、ナノバブルの酸化力と、曝気手段による曝気とによって被処理水中の被分解物質を効率的に分解することができる。また、分解部が曝気されることにより、ガス化した分解物を効率よく水面に送ることができ、また、気相の空気を入れ替えることができるので、ガス化した分解物を効率よくガス吸着部に送ることができる。また、微細活性炭は通常の活性炭と比べて表面積が多く、より吸着効率が高いので、ガス吸着部においてガス化した分解物は微細活性炭により効率よく吸着処理される。従って、上記の構成により、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することができる。
【００１９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記被処理水は有機フッ素化合物を含んでいてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、ナノバブルの酸化力と活性炭の吸着作用とによって、有機フッ素化合物の炭素とフッ素との間の強固な結合を分解することができる。
【００２１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部には活性炭が入れられており、上記微細活性炭は、上記活性炭が上記曝気手段により曝気され破砕されることによって生じた微細活性炭であることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、分解部に活性炭が添加されることにより、分解部において被分解物質を吸着処理することができる。また、曝気されて破砕された微細活性炭を分解部からガス吸着部に移送することにより、微細活性炭を再利用できる。また、活性炭はある程度大きく重さがあるので、微細活性炭よりも容易に投入することができ、扱いやすい。
【００２３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部の被処理水をろ過する急速ろ過機と、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭を上記ガス吸着部に移送する微細活性炭移送手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、急速ろ過機により微細活性炭および浮遊物を被処理水から除くことができ、さらに、微細活性炭を再利用することができる。
【００２５】
また、本発明に係る水処理装置は、上記急速ろ過機を逆洗するための逆洗手段をさらに備えており、上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗手段が流出させる逆洗水によって、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭をガス吸着部に移送することが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、急速ろ過機の急速ろ過機ポンプとともに、上記逆洗手段の逆洗ポンプを稼働させて、逆洗水をガス吸着部に流出させる。これにより、急速ろ過機に堆積される微細活性炭をガス吸着部に導入して微細活性炭を再利用することができるとともに、急速ろ過機を洗浄することができる。
【００２７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗水中に含まれる破過した上記微細活性炭を除去するための自動弁をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、吸着能力の無くなった破過した上記微細活性炭を除去することにより、効率よく分解物の吸着処理を行うことができる。
【００２９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機は、上記微細活性炭を堆積させるための空間を有していることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、ろ過機内に微細活性炭を堆積させ、首尾よく微細活性炭を再利用することができる。
【００３１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記分解部は、水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜した側面と、上記側面に設けられた排出口と、上記微細活性炭よりも大きい活性炭が当該排出口から流出しないように設けられた越流板とを備えていることが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、分解部が傾斜した側面を備えているため、活性炭を効率よく流動させることができる。また、傾斜した側面に排出口および越流板が設置されているので、通常の活性炭は流出せず、微細活性炭のみを流出させることができ、首尾よく微細活性炭を再利用することができる。
【００３３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ガス吸着部は、上記微細活性炭を付着させるための充填材を備えていることが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、充填材を備えることにより、多量の微細活性炭をガス吸着部に備えることができるので、分解物ガスを効率よく吸着処理することができる。
【００３５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材がプラスチックからなることが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、充填材がプラスチックからなる成形品であるので、容易に入手または製造することができる。
【００３７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材がリング型ポリ塩化ビニリデンからなっていてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、リング型ポリ塩化ビニリデンは表面積が多いため、多量の微細活性炭を付着させることができ、分解物ガスを効率よく付着させることができる。
【００３９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記充填材が網状シートであってもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、網状シートは表面積が多いため、多量の微細活性炭を付着させることができ、分解物ガスを効率よく付着させることができる。
【００４１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記被処理水を貯めるナノバブル発生水槽と、上記被処理水を上記ナノバブル発生水槽から上記分解吸着槽に移送する被処理水移送手段とをさらに備えており、上記ナノバブル発生手段は、上記ナノバブル発生水槽に貯められている上記被処理水中に上記ナノバブルを発生させることが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、分解吸着槽とは別のナノバブル発生水槽においてナノバブルを被処理水に導入することにより、分解部に活性炭が含まれる構成においても、活性炭がナノバブル発生手段に入り込んでしまうのを防ぐため、ナノバブル発生手段がナノバブルを理想的な状態で生成することができる。
【００４３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生手段は、液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、上記マイクロバブル含有水をさらにせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、上記ナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部とを備えていることが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、効率よく多量のナノバブルを生成することができる。
【００４５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、上記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、マイクロバブル発生部における流体の旋回乱流を制御することができる。
【００４７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、上記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、マイクロバブル発生部における流体の旋回乱流をより効果的に制御することができる。
【００４９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部では、第１配管を介して液体が供給されるとともに、第２配管を介して上記マイクロバブル含有水が吐出され、上記第１配管の内腔の横断面の面積は、上記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００５０】
上記の構成によれば、空気のせん断を合理的かつ安定的に行うことができ、マイクロバブルを多量に製造することができる。
【００５１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生手段は、上記第１気体せん断部に液体を供給し、液体および気体を混合および循環させる気液混合循環ポンプと、上記第１気体せん断部に気体を供給する第３配管と、上記第１気体せん断部に供給される気体の量を調節する気体量調節手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、多量のナノバブルを生成することができる。
【００５３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記気体量調節手段は、上記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて上記気体を供給することが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、多量のナノバブルを生成することができる。
【００５５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることが好ましい。
【００５６】
上記の構成によれば、はじめは液体のみを供給し、ポンプ出力が最大値に達した時点以降に気体を導入することにより、キャビテーションを起こさないためポンプを損傷させない。
【００５７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることが好ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降にポンプ出力が最大値に達するため、上記構成であればキャビテーションを起こさないためポンプを損傷させない。
【００５９】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第３配管は、上記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度をなすように、上記第１気体せん断部に接続されていることが好ましい。
【００６０】
上記の構成によれば、マイクロバブルを多量に発生させることができる。
【００６１】
また、本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。
【００６２】
上記の構成によれば、マイクロバブルを安定的に発生させることができる。
【００６３】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔活性炭吸着塔をさらに備えていることが好ましい。
【００６４】
上記の構成によれば、微量な化合物をさらに吸着処理することができる。
【００６５】
また、本発明に係る水処理装置では、上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理するイオン交換樹脂塔をさらに備えていることが好ましい。
【００６６】
上記の構成によれば、微量な化合物をさらに吸着処理することができる。
【００６７】
また、本発明に係る水処理装置では、上記微細活性炭は、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６８】
上記の構成によれば、微細活性炭が、分解物ガスをより首尾よく吸着することができる。
【００６９】
また、本発明に係る水処理方法は、有機フッ素化合物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、上記被処理水には、ナノバブルおよび活性炭が添加され、ナノバブルが有する酸化力と、活性炭が有する吸着作用とにより、上記有機フッ素化合物を分解および吸着処理することを特徴としている。
【００７０】
上記の構成によれば、ナノバブルが有するラジカルによる酸化力と活性炭の吸着作用とにより、有機フッ素化合物の炭素とフッ素との強固な結合を分解することができる。
【００７１】
また、本発明に係る水処理方法では、上記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であってもよい。
【００７２】
上記の構成によれば、上述したような難分解性物質であっても首尾よく分解することができる。
【発明の効果】
【００７３】
本発明の水処理装置によれば、水溶液中の難分解性化合物を効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
〔第１実施形態〕
本発明に係る水処理装置の一実施形態について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る水処理装置の一実施形態を示す図である。
【００７５】
本実施形態に係る水処理装置は、図１に示すように、原水槽２、ナノバブル発生水槽１５、分解吸着槽２０、第１のピット水槽４０、急速ろ過機４４、および第２のピット水槽５６により構成されている。
【００７６】
原水槽２は、被処理水を貯めておくための水槽であり、被処理水を汲み上げるための原水ポンプ３が設置されている。原水槽２には、配管１により被処理水が導入されている。
【００７７】
被処理水とは、例えば有機フッ素化合物等の、被分解物質を含む水溶液であり、各工場から排水される有機フッ素化合物含有水、あるいは微量の有機フッ素化合物を含んでいる一般河川水または一般湖水等が挙げられる。有機フッ素化合物としては、例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）、パーフルオロオクタン酸（ＰＦＯＡ）、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体等が挙げられる。
【００７８】
ナノバブル発生水槽１５は、被処理水中にナノバブルを発生させるための水槽であり、被処理水中にナノバブル流１３を発生させるためのナノバブル発生機（ナノバブル発生手段）１６が備えられている。ナノバブル３０およびナノバブル発生機１６の構成については後述する。ナノバブル発生水槽１５には、被処理水が原水槽２から原水ポンプ３により配管１４を介して導入される。ナノバブル３０を含んだ被処理水は、オーバーフローによりナノバブル発生水槽１５から流出し、オーバーフロー水配管（被処理水移送手段）１７を通って分解吸着槽２０の分解部１９へと流れる。
【００７９】
ナノバブル発生水槽１５にナノバブル発生機１６を備えることにより、後述する分解部１９に添加される活性炭３１等がナノバブル発生機１６に入り込まないので、ナノバブル３０を理想的な状態において被処理水中に生成させることができる。ナノバブル発生水槽１５においては、被処理水が滞留する時間は数分から数十分程度と短いので、被処理水中に含まれる被分解物質の分解には殆ど寄与しない。
【００８０】
分解吸着槽２０は、被処理水を貯めるための水槽であり、さらに被処理水を分解および吸着処理するための水槽である。分解吸着槽２０は、図１に示すように、分解部１９と、分解部１９の上部に設けられるガス吸着部１８とを備えている。分解部１９には被処理水が満たされており、ガス吸着部１８は、分解部１９において発生した気体が導入される空間であり、例えば、被処理水の上部に形成される。
【００８１】
分解部１９について以下に詳細に説明する。
【００８２】
分解部１９には、図１に示すように、整流板２８、越流板３２、排出口６４、散気管（曝気手段）３６、および傾斜した側壁３４が備えられている。また、分解部１９には、オーバーフロー水配管１７を通して、ナノバブル発生水槽１５からナノバブルを含んだ被処理水が導入される。分解部１９内の被処理水には、ナノバブル３０、活性炭３１および微細活性炭３３が含まれている。
【００８３】
整流板２８は、分解部１９内において被処理水が効率よく撹拌されるよう、流れを整えるために設けられる。
【００８４】
越流板３２は、傾斜した側壁３４に設けられており、微細活性炭３３よりも大きい活性炭３１が排出口６４から流出するのを妨げている。越流板３２を越流する水流により、微細活性炭３３は被処理水とともに排出口６４から流出する。
【００８５】
排出口６４は、被処理水および微細活性炭３３が通る大きさの穴であり、配管３９と接続されている。形成される穴の形状は特に限定されない。排出口６４は、分解部１９の側面に設けられていることが好ましく、傾斜面に設けられていることがより好ましい。また、排出口６４は、微細活性炭３３よりも大きい活性炭３１等が流出しないように設けられていることが好ましい。分解部１９における被処理水は、微細活性炭３３とともにオーバーフローにより排出口６４から流出し、配管３９を通って第１のピット水槽４０へと流入する。
【００８６】
散気管３６は、分解部１９の下部に設置されており、ブロワー３８と接続されており、ブロワー３８から吐出される空気を分解部１９内に曝気する。散気管３６からの曝気により、分解部１９内は強力に撹拌される。散気管３６が設置される場所は、特に限定されないが、分解部１９の底部であることがより好ましい。散気管３６が底部に設置されることにより、活性炭３１が効率よく撹拌される。
【００８７】
側壁３４は、分解部１９の側壁の１つであり、分解部１９の水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜している。なお、分解部１９の底面３５と側壁３４とがなす角度は特に限定されないが、例えば、４５度以上６０度以下であることが好ましい。分解部１９の側壁の少なくとも１つが傾斜していることにより、分解部１９内は曝気により効率よく撹拌される。また、底部が狭くなっているので、沈降する活性炭３１は底部の狭い範囲に集められ、下部に設置された散気管３６からの曝気により効率よく流動される。
【００８８】
ブロワー３８は、分解吸着槽２０の外部に設置されており、空気配管３７を通して散気管３６へと空気を吐出する。ブロワー３８を稼動するための電動機は、インバータ運転を行うために、回転数を制御できる型式の電動機を選ぶことが好ましい。電動機の回転数を制御することにより、本発明に係る水処理装置における微細活性炭３３の総量を調節することができる。
【００８９】
分解部１９内を曝気するための空気量は、特に限定されないが、活性炭３１が撹拌される強さの曝気を生じる量であることが好ましく、例えば水槽容量あたり５０（ｍ３／時間／ｍ３）以上であることが好ましい。強い曝気を生じさせる空気量であれば、活性炭３１を流動させるとともに、分解部１９内の分解物ガス、例えば有機フッ素化合物の分解物であるＰＦＣガス：パーフルオロカーボンガス等、を水面に移動させ、さらにガス吸着部１８に分解物ガス６３として送ることができる。
【００９０】
ナノバブル３０は、上述したようにナノバブル発生水槽１５において被処理水中に生成されたナノバブルであり、被処理水とともに分解部１９へと流入する。
【００９１】
ナノバブル３０によってラジカルが発生し、当該ラジカルによって被処理水中の難分解性化合物が酸化分解されることになる。例えば、ＰＦＯＳおよびＰＦＯＡなどは安定な物質であることが知られているが、本実施の形態の水処理装置であれば、これらの物質をも酸化分解することができる。そして、本願発明者らは、酸化分解反応によって生じる分解物が、分解吸着槽２０内の被処理水の水面からガス化して大気中に放出されることを見出した。つまり、図１に示すように、分解物は、分解物ガス６３として水面から放出される。
【００９２】
分解物ガス６３は、被処理水に含まれる被分解物質の分解物がガス化したものである。例えば被分解物質がＰＦＯＳおよびＰＦＯＡ等の有機フッ素化合物である場合には、当該分解物ガス６３としては、例えば、ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＨ（ｎ＝３、４、５、６）、ＣＦ３（ＣＦ２）ｍＣＯＯＣＨ３（ｍ＝５、６）などを挙げることができる。
【００９３】
活性炭３１は、被分解物質を吸着する機能を有しており、吸着作用のために導入される。活性炭３１は、後述する活性炭投入口６２から、一定量が分解吸着槽２０内に投入され、分解部１９内の被処理水中に落下し、被処理水に含まれる被分解物質の吸着処理に寄与する。活性炭３１は、比重が１よりも大きいために分解部１９の底部に集まろうとし、その結果下部にある散気管３６からの曝気によって効率よく分解部１９内を流動するため、被処理水と効率よく接触できる。活性炭３１としては、例えば粒状の活性炭等が挙げられる。例えば、粒状活性炭（液相用）である「クラレコール（登録商標）」（クラレケミカル株式会社製）を用いることが好ましい。本発明に係る活性炭３１は、粒径の平均が約１．０ｍｍであることが好ましい。また、本発明に係る水処理装置に添加されている活性炭の量は、分解部１９の容量あたり０．２〜０．４（ｃｍ３／ｃｍ３）であることが好ましい。
【００９４】
活性炭３１を添加することにより、ナノバブル３０の有する酸化力と活性炭３１の有する触媒作用とによって、被分解物質を効率よく分解することができる。
【００９５】
微細活性炭３３は、活性炭３１と同様に吸着作用を有しており、活性炭３１よりも微細な活性炭であり、言い換えれば活性炭３１よりも比表面積（単位質量あたりの表面積）が大きい活性炭である。活性炭３１よりも比表面積が多いことにより、吸着効率がより高いため、微細活性炭３３を導入することにより効率よく被分解物質を分解することができる。本実施形態においては、微細活性炭３３として、分解部１９において活性炭３１が強力な曝気により破砕されて生じた微細活性炭３３を用いており、さらに当該微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送している。本実施形態においては、微細活性炭３３は、後述する急速ろ過機４４において、ろ過工程と逆洗工程とが交互に行われることにより移送されるが、移送方法は特に限定されない。
【００９６】
微細活性炭３３の吸着効率は、表面積が多いほど高くなるため、本発明に係る微細活性炭３３は、微細であればあるほど好ましく、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００９７】
なお、本発明に係る微細活性炭３３としては、別途破砕した活性炭、市販の微細な活性炭等を用いることもできる。その場合は、微細活性炭３３を、後述する活性炭投入口６２から分解部１９内に投入した後に、分解部１９からガス吸着部１８へと移送してもよいし、ガス吸着部１８の上部から投入してもよい。しかし、活性炭３１が微細活性炭３３よりも大きく重さがあるため扱いやすいという理由から、本発明においては、分解部１９において活性炭３１が曝気により破砕されて生じた微細活性炭３３を用いることが好ましい。すなわち、表面積を多くする為に、微細活性炭３３のさらなる微細化を推進すると、微細活性炭３３が粉体となり、投入時に巻き上がる等、ハンドリングに問題が発生する。そのため、本実施形態のように、やや大きめサイズの活性炭３１を分解部１９に投入し、強力曝気で破砕して微細活性炭３３とした上でガス吸着部１８に移送するという方法がより合理的である。
【００９８】
次にガス吸着部１８について詳細に説明する。
【００９９】
ガス吸着部１８は、上述した分解物ガス６３を吸着処理するための空間であり、図１に示すように分解部１９の上部に設けられており、穴あき台２１、プラスチック充填材（充填材）２２、散水配管２４、留め具２３、散水ノズル２７、排気煙突２５、および活性炭投入口６２が備えられている。また、プラスチック充填材２２には、微細活性炭３３が付着している。
【０１００】
穴あき台２１は、分解吸着槽２０を水平に区切るよう形成され、固定されており、プラスチック充填材２２を支えられる構造になっている。また、穴あき台２１には、気体、液体、微細活性炭等が通過できる穴が形成されている。
【０１０１】
プラスチック充填材２２は、微細活性炭３３を付着させるための充填材であり、穴あき台の上に設けられる。プラスチック充填材２２としては、例えば月島環境エンジニアリング株式会社のポリエチレン製Ｓ−ＩＩ型等が挙げられる。また、本実施形態においては、充填材としてプラスチック充填材を用いているが、本発明においては、充填材の材質は、プラスチックでなくてもよく、微細活性炭３３を付着しやすい材質であることが好ましい。充填材を設けることにより、多量の微細活性炭３３をガス吸着部１８に備えることができるので、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することが可能になる。
【０１０２】
散水配管２４は、後述する急速ろ過機４４と接続された配管４６と接続されており、急速ろ過機４４を逆洗した逆洗水を通す管である。
【０１０３】
留め具２３は、散水配管２４の末端を閉じるように形成されている留め具である。
【０１０４】
散水ノズル２７は、散水配管２４に一定間隔をおいて設置されており、散水配管２４を流れる上記逆洗水をガス吸着部１８内に散水する。
【０１０５】
排気煙突２５は、ガス吸着部１８の上部に設けられており、ガス吸着部１８内の空気を排出するための煙突である。
【０１０６】
活性炭投入口６２は、分解吸着槽２０内に活性炭３１を投入するための投入口であり、穴あき台２１より下に設けられている。活性炭投入口６２から投入された活性炭３１は、分解部１９内の被処理水へと落下する。
【０１０７】
ガス吸着部１８には、分解部１９から分解物ガス６３が流入し、分解物ガス６３に含まれる分解物は、プラスチック充填材２２に付着した微細活性炭３３により吸着処理されながら、新たな分解物ガス６３の流入と拡散効果とによりガス吸着部１８内を上昇する。その後、排気煙突２５から排気ガス２６を排気する。
【０１０８】
排気ガス２６は、分解物ガス６３がガス吸着部１８において吸着処理されたガスであり、上部に設置された排気煙突２５から排気される。
【０１０９】
第１のピット水槽４０は、分解吸着槽２０の分解部１９から流出した被処理水および微細活性炭３３を貯めておくための水槽である。第１のピット水槽４０には、被処理水を汲み上げるための急速ろ過機ポンプ４１が設置されている。第１のピット水槽４０内の被処理水は、急速ろ過機ポンプ４１により配管４３を通って急速ろ過機４４へと送られる。急速ろ過機ポンプ４１は、後述するシーケンサー４９と電気的に接続されている。
【０１１０】
配管４３には、配管４３内における水圧を測定するための圧力計４２が接続されている。圧力計４２は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されている。
【０１１１】
急速ろ過機４４は、被処理水中の微細活性炭３３、浮遊物質等を固液分離するための装置であり、ろ過層６５を有している。また、急速ろ過機４４には、微細活性炭３３が堆積するための空間を有していることが好ましい。急速ろ過機４４には、配管４３および４６が上部に接続され、配管５１および５２が下部に接続されている。配管４３は第１のピット水槽４０内と通じており、配管５１および５２は第２のピット水槽５６内と通じている。
【０１１２】
急速ろ過機４４では、被処理水をろ過するろ過工程と、ろ過層６５を逆洗する逆洗工程とが交互に行われており、それらは後述するシーケンサー４９により調節されている。ろ過工程および逆洗工程については後述する。
【０１１３】
配管４６は二又に分かれており、一方には排出自動弁４７が、もう一方には散水自動弁４８が設けられている。排出自動弁４７の先は外部へとつながっている。また、散水自動弁４８の先は、散水配管２４へと接続されている。排出自動弁４７および散水自動弁４８は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されており、シーケンサー４９からの信号により開閉を調節される。
【０１１４】
第２のピット水槽５６は、急速ろ過機４４により固液分離された被処理水を貯めておく水槽である。第２のピット水槽５６には、被処理水を汲み上げるためのポンプ５４が設置されており、被処理水がポンプ５４により配管５５を通って次の工程へ送水される。次の工程としては、自然界へ放流する、活性炭吸着塔へ移送する、イオン交換樹脂塔へと移送する等の工程が挙げられる。
【０１１５】
また、第２のピット水槽５６には、被処理水を汲み上げるための急速ろ過機逆洗ポンプ（逆洗手段）５３が設置されている。急速ろ過機逆洗ポンプ５３は、第２のピット水槽５６から被処理水を急速ろ過機４４へと移送させるポンプである。急速ろ過機逆洗ポンプ５３は、後述するシーケンサー４９と信号線５０を介して電気的に接続されている。
【０１１６】
シーケンサー４９は、信号線５０を介して圧力計４２と接続されており、配管４３内の水圧値を定期的に受信する。また、急速ろ過機ポンプ４１、急速ろ過機逆洗ポンプ５３、排出自動弁４７および散水自動弁４８と信号線５０を介して電気的に接続され、これらを調節することによって、上述したろ過工程と、逆洗工程と、後述する微細活性炭排出工程とを切り替えている。
【０１１７】
以下にシーケンサー４９による調節方法について詳細に説明する。
【０１１８】
まず、ろ過工程について説明する。ろ過工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を作動させ、第１のピット水槽４０から急速ろ過機４４へと被処理水を移送させている。一方、急速ろ過機逆洗ポンプ５３は停止させており、排出自動弁４７および散水自動弁４８を閉じている。
【０１１９】
その結果、第１のピット水槽４０から配管４３を通って被処理水が急速ろ過機４４に流入し、被処理水がろ過層を上側から下側へ、言い換えればろ過方向の上流側から下流側へと流れる。その結果、被処理水に含まれる微細活性炭３３がろ過層６５の上部に堆積し、微細活性炭層４５が形成される。ろ過層を通過した被処理水は、配管５１を通って第２のピット水槽５６へと移送される。
【０１２０】
また、シーケンサー４９は、圧力計４２から信号線５０を介して配管４３内の水圧値を定期的に受信している。配管４３内の水圧値が一定の値以上を示すと、シーケンサー４９は、ろ過工程を停止し、逆洗工程に切り替える。
【０１２１】
配管４３内の水圧値は、急速ろ過機４４内の微細活性炭層４５が厚くなるほど高くなる。従って、上記一定の値は、微細活性炭層４５に適度な量の微細活性炭３３が堆積している時に相当する水圧値に設定することが好ましい。
【０１２２】
次に、逆洗工程について説明する。逆洗工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を停止させ、散水自動弁４８を開き、急速ろ過機逆洗ポンプ５３を作動させる。なお、排出自動弁４７は、閉じられたままである。
【０１２３】
その結果、第２のピット水槽５６から、被処理水が配管５２を介して急速ろ過機４４に流入し、被処理水がろ過層を下側から上側へ、言い換えればろ過方向の下流側から上流側へと、ろ過工程とは逆向きに流れる。その結果、被処理水は、急速ろ過機４４を逆洗し、微細活性炭層４５に堆積している微細活性炭３３を含んだ逆洗水となり、配管（微細活性炭移送手段）４６へと流出する。
【０１２４】
配管４６へと流出した逆洗水は、開いている散水自動弁４８を通って、ガス吸着部１８内の散水配管（微細活性炭移送手段）２４へと導かれ、散水ノズル２７からガス吸着部１８内に散水される。その結果、逆洗水に含まれる微細活性炭３３がガス吸着部１８に導入される。
【０１２５】
急速ろ過機４４が十分に逆洗された後、シーケンサー４９により逆洗工程が停止され、ろ過工程が開始される。その結果、急速ろ過機４４の微細活性炭層４５に新たに微細活性炭３３が堆積され始める。
【０１２６】
なお、ろ過工程と逆洗工程との切り替えは、シーケンサー４９に組み込まれたタイマーによって作動されてもよい。
【０１２７】
本実施形態においては、ろ過工程と逆洗工程とを交互に行うことにより、微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送することができる。また、逆洗工程を行うことにより、急速ろ過機４４を洗浄できるので、ろ過工程を効率よく行うことができる。
【０１２８】
ガス吸着部１８に移送された微細活性炭３３は、プラスチック充填材２２に付着し、分解物ガス６３の吸着処理に寄与する。微細活性炭３３は、一定時間プラスチック充填材２２に付着した後、新たに導入された微細活性炭３３に取って代わられ、下部の分解部１９へと落下する。
【０１２９】
本実施形態においては、微細活性炭３３は、分解部１９から第１のピット水槽４０へと頻繁に流出するため、多くの微細活性炭３３が急速ろ過機４４へと流れ、堆積する。従って、従来の水処理装置における急速ろ過機と比較すると、本実施形態の急速ろ過機４４においては、堆積物の堆積速度が速いため、配管４３内の水圧値の上昇は速くなる。その結果、ろ過工程と逆洗工程とが切り替えられる頻度は高くなる。このような構成により、本実施形態における水処理装置は、効率よく微細活性炭３３を分解部１９からガス吸着部１８へと移送するため、微細活性炭３３を効率よく再利用することができる。
【０１３０】
本実施形態においては、微細活性炭３３は、分解部１９において有機フッ素化合物等の被分解物質を吸着し、ナノバブルによる分解に寄与した後、被処理水とともに流出し、急速ろ過機４４において固液分離されて堆積する。その後急速ろ過機４４の逆洗により逆洗水とともに配管４６へと流出し、散水自動弁４８を通過して散水配管２４へと導かれ、ガス吸着部１８内に散水される。散水された後、プラスチック充填材２２に付着し、有機フッ素化合物等の被分解物質から生じた分解物ガス６３の吸着処理に寄与する。散水ノズル２７からの新たな逆洗水の散水によって、新たに導入された微細活性炭３３に取って代わられ、微細活性炭３３はプラスチック充填材２２から離れて分解部１９へと落下し、上記の動作を繰り返す。
【０１３１】
上記のサイクルを何度か繰り返した後、微細活性炭３３は破過する。破過した微細活性炭３３の割合が多くなると、ガス吸着部１８における分解物の吸着処理能力が大幅に低下し、処理されない分解物が排気ガス２６中に多く含まれるようになる。
【０１３２】
排気ガス２６中に残留する分解物の量が増加した際には、シーケンサー４９により、微細活性炭排出工程が行われる。
【０１３３】
次に、微細活性炭排出工程について説明する。
【０１３４】
微細活性炭排出工程においては、シーケンサー４９は、急速ろ過機ポンプ４１を停止させ、散水自動弁４８を閉じ、排出自動弁４７を開き、急速ろ過機逆洗ポンプ５３を作動させる。その結果、微細活性炭３３を含んだ上記逆洗水は配管４６を通った後排出自動弁４７を通り、外部に排出される。
【０１３５】
微細活性炭排出工程は、ガス吸着部１８における分解物ガスの吸着処理能力が大幅に低下した時点で行うことが好ましい。また、その頻度は、被処理水の水質によって調整されることが好ましい。
【０１３６】
微細活性炭３３が外部に排出されると、水処理装置内の微細活性炭３３の総量が減少するので、適宜、新たな活性炭３１を活性炭投入口６２から投入することが好ましい。新たに投入された活性炭３１は、分解部１９において曝気により破砕され、微細活性炭３３となる。
【０１３７】
（ナノバブル発生機１６）
ナノバブル発生機１６について、図１を参照して詳細に説明する。
【０１３８】
ナノバブル発生機１６は、図１に示すように、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８、第３気体せん断部１２、電動ニードルバルブ（気体量調節手段）１１、第１配管４、第２配管７、第３配管１０、および第４配管９により構成される。
【０１３９】
第１気体せん断部６について、以下に詳細に説明する。
【０１４０】
第１気体せん断部６では、気体と液体とから、マイクロバブル含有水が作成される。
【０１４１】
なお、本明細書において「マイクロバブル」とは、その発生時において１０μｍから数十μｍの直径を有する気泡であり、発生後に収縮運動によりマイクロナノバブルに変化する。また、「マイクロナノバブル」とは、数百ｎｍから１０μｍの直径を有する気泡であり、「ナノバブル」とは、数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【０１４２】
図１に示すように、第１気体せん断部６には第１配管４、第２配管７および第３配管１０が接続されている。また、第１気体せん断部６には、気液混合循環ポンプ５が備えられている。
【０１４３】
気液混合循環ポンプ５は、第１気体せん断部６に第１配管４を介して液体を供給するポンプである。
【０１４４】
気液混合循環ポンプ５としては特に限定されないが、揚程４０ｍ以上（４ｋｇ/ｃｍ２の圧力）の高揚程のポンプであることが好ましい。また、気液混合循環ポンプ５としてはトルクが安定している２ポールのポンプを用いることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能であり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルをより微細にせん断することができる。
【０１４５】
また、気液混合循環ポンプ５では、ポンプの圧力が制御されていることが好ましい。例えば、気液混合循環ポンプ５の回転数が、インバーター等の回転制御部（図示せず）によって制御されていることが好ましい。なお、上記回転制御部は、さらにシーケンサー（図示せず）によって制御され得る。上記構成によれば、上記第１気体せん断部６の中のマイクロバブル含有水に対して所望の圧力を加えることが可能となり、その結果、マイクロバブル含有水に含まれるマイクロバブルを所望のサイズに揃えることができる。
【０１４６】
第１気体せん断部６に供給される液体としては特に限定されないが、例えば、ナノバブル発生水槽１５内の被処理水を用いることが好ましい。上記構成であれば、本実施形態の水処理装置を小さく設計することができる。
【０１４７】
また、第１気体せん断部６には第３配管１０を介して気体が供給される。
【０１４８】
第３配管１０を第１気体せん断部６へ接続させる場合、上記第１気体せん断部６上における第３配管１０の接続位置、および上記第１気体せん断部６に対する第３配管１０の接続角度等は特に限定されない。例えば、第３配管１０は上記第１気体せん断部６の側面に接続されるとともに、上記第１気体せん断部６の内側面（換言すれば、第１気体せん断部６の内面に対する接線）に対して略１８度の角度をなすように接続されることが好ましい。
【０１４９】
第１気体せん断部内においてマイクロバブルを効率的に作製するためには、効率的に気体をせん断する必要がある。このとき、液体を超高速回転させて負圧部を形成し、当該負圧部に気体を導入する。なお、「負圧部」とは、気体と液体との混合物の中で周りと比較して圧力が小さな領域を意図する。そして、気体と液体との回転速度の差により、効率的に気体をせん断させている。この場合、上記接続角度が１８度であるときが、最も気体のせん断効率が高く、それゆえ、最も多くのマイクロバブルを作製することができる。
【０１５０】
第１気体せん断部６内への気体の供給、および気体の供給量の調節は、第３配管１０の先端に接続された電動ニードルバルブ１１の開閉動作によって調節され得る。
【０１５１】
第１気体せん断部６に供給される気体としては、特に限定されないが、例えば、空気、オゾンまたは酸素であることが好ましく、オゾンまたは酸素であることがより好ましい。オゾンまたは酸素を用いることにより、空気を用いるよりも多量のラジカルを発生させることができるので、より効果的に難分解性化合物を酸化分解することができる。なお、オゾンまたは酸素を用いる場合には、電動ニードルバルブ１１の末端に、各気体を貯蔵し得るタンクを設けることが好ましい。なお、上記タンクの具体的な構成としては特に限定されず、適宜公知のタンクを用いることが可能である。
【０１５２】
電動ニードルバルブ１１の開閉動作のタイミングは特に限定されない。例えば、まず気液混合循環ポンプ５の運転を開始することによって第１気体せん断部６内に液体を導入するとともに当該液体を攪拌させる。その後、気液混合循環ポンプ５の出力が最大値に達した時点以降に電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって第１気体せん断部６内に気体を供給することが好ましい。また、気液混合循環ポンプ５の運転を開始してから６０秒後以降に電動ニードルバルブ１１を開いて、これによって上記第１気体せん断部６内に気体を供給することが、より好ましい。
【０１５３】
気液混合循環ポンプ５の運転開始時に電動ニードルバルブ１１を開くことも可能であるが、この場合、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起こし、その結果、気液混合循環ポンプ５が損傷する恐れがある。しかし、上述したように、まず液体を導入した後に気体を導入する構成であれば、気液混合循環ポンプ５がキャビテーション現象を起こすことを防止することができるので、その結果、気液混合循環ポンプ５が破損することを防ぐことができる。
【０１５４】
電動ニードルバルブ１１を開くことによって第１気体せん断部６内に供給される気体の量は特に限定されない。例えば、第１気体せん断部６に対して、１．２リットル／分以下にて気体を供給することが好ましい。上記構成であれば、最終的に多量のナノバブル含有水を作製することができる。
【０１５５】
その後、第１気体せん断部６の中で上記液体と上記気体とが混合およびせん断されて、その結果、マイクロバブル含有水が作製され、第２配管７を介して第２気体せん断部にマイクロバブル含有水が吐出される。
【０１５６】
第１気体せん断部６の材料は特に限定されないが、ステンレス、プラスチック、または樹脂であることが好ましい。上記材料の中では、ステンレスが最も好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水中に不純物が混入することを防止することができるとともに、第１気体せん断部６が振動することを防止することができる。
【０１５７】
また、上記第１気体せん断部６の厚さ（隔壁の厚さ）は特に限定されないが、６ｍｍ〜１２ｍｍであることが好ましい。一般的に、第１気体せん断部６の厚さが薄ければ、第１気体せん断部６中のマイクロバブル含有水の運動によって、第１気体せん断部６が振動する。つまり、マイクロバブル含有水の運動エネルギーが振動として外部に伝播して失われるので、マイクロバブル含有水の高速流動運動が低下し、その結果、せん断エネルギーが低下する。しかしながら、上記構成によれば、第１気体せん断部６の振動を防ぐことかできるので、効率よくマイクロバブルを作製することができる。
【０１５８】
第１気体せん断部６の内腔の横断面の形状は特に限定されないが、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。また、上記第１気体せん断部６の内腔表面は、鏡面仕上げによって形成されていることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６の内部表面の摩擦が小さいので、気体と液体との混合物を高速旋回させることができるとともに、気体を効率良くせん断することができる。その結果、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１５９】
また、第１気体せん断部６の内部表面（内腔表面）には、溝が設けられていることが好ましい。また、上記溝の数は特に限定されないが、２本以上設けられていることが好ましい。また、上記溝は、第１気体せん断部６の内部表面上に形成された凹形状を有するものであればよく、その形状は特に限定されない。例えば、上記溝は、深さ略０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ、幅略０．８ｍｍ以下であることが好ましい。上記構成によれば、第１気体せん断部６内の液体と気体との混合物の旋回乱流の発生を制御することができるので、多くの微細なマイクロバブルを発生させることができるとともに、最終的に多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１６０】
また、上記第１気体せん断部６へは、第１配管４を介して液体が供給され、第２配管７を介してマイクロバブル含有水が吐出されている。このとき、液体を供給する第１配管４の内腔の横断面の面積は、マイクロバブル含有水を吐出する第２配管７の内腔の横断面の面積よりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水の吐出圧力を高めることができるので、安定的にマイクロバブルを発生させることができる。
【０１６１】
第１気体せん断部６におけるマイクロバブル含有水の製造のメカニズムについて、さらに詳細に説明する。
【０１６２】
第１気体せん断部６においては、気液混合循環ポンプ５を用いて気体と液体との混合物の圧力が流体力学的に制御されるとともに、負圧部に対して気体が吸入される。そして、上記混合物を高速流体運動させて負圧部を形成しながら気体をせん断することによって、微細なマイクロバブルを発生させる。換言すれば、液体と気体とを効果的に自給混合するとともに、圧送する。これによって、より微細なマイクロバブルを含有するマイクロバブル含有水を形成することができる。
【０１６３】
気液混合循環ポンプ５を有する第１気体せん断部６がマイクロバブルを発生させるメカニズムについて、より詳細に説明する。
【０１６４】
まず、上記第１気体せん断部６において、マイクロバブル含有水の構成成分である液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。具体的には、インペラと呼ばれる羽を超高速で回転させて、液体と気体とからなる混相旋回流を発生させる。このとき、第１気体せん断部６の中心部には、高速旋回する気体空洞部が形成される。
【０１６５】
次いで、上記気体空洞部を圧力によって竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。このとき、上記気体空洞部に対しては、当該気体空洞部の負圧を利用して、気体を自動的に供給させる。そして、さらにマイクロバブルを切断・粉砕しながら混相旋回流を回転させる。なお、上記切断・粉砕は、第１気体せん断部６の出口内外における気液二相流体の回転速度の差によって生じる。なお、上記回転速度の差は、５００〜６００回転／秒であることが好ましい。
【０１６６】
すなわち、第１気体せん断部６において、気液混合循環ポンプ５によってマイクロバブル含有水を高速流体運動させることによって負圧部を形成するとともに、流体力学的にマイクロバブル含有水の圧力を制御することによって上記負圧部に対して気体を供給している。その結果、第１気体せん断部６では、マイクロバブルを発生させることができる。換言すれば、気液混合循環ポンプ５を用いて液体と気体とを効果的に自給混合しながら圧送することによりマイクロバブル含有水を製造することができる。
【０１６７】
次に、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２について詳細に説明する。
【０１６８】
第２気体せん断部８は、第１気体せん断部６にて作製されたマイクロバブル含有水をさらにせん断して、ナノバブル含有水を作製している。
【０１６９】
また、第３気体せん断部１２は、第２気体せん断部８にて作製されたナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製している。
【０１７０】
第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２は、ステンレス、プラスチック、または樹脂によって形成されていることが好ましい。
【０１７１】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内腔の横断面の形状は、楕円形であることが好ましく、真円形であることが最も好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部表面の抵抗（摩擦）が小さいので、マイクロバブル含有水を高速旋回させることができるとともに、マイクロバブル含有水を効率良くせん断することができ、その結果、多くのナノバブルを発生させることができる。
【０１７２】
また、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２には、小孔が開いていることが好ましい。上記小孔の開口の直径は特に限定されないが、４ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部におけるバブル含有水の旋回運動を制御することができる。つまり、上記構成によれば、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２の内部の旋回乱流の発生を制御することができる。その結果、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２によって、安定にナノバブルを発生させることができる。なお、上記小孔の具体的なサイズは、ポンプの吸引最大値、モーター出力値、およびポンプ吐出圧力値によって決定することも可能である。
【０１７３】
最終的に、第３気体せん断部１２により、被処理水中にナノバブル流１３が吐出される。
【０１７４】
本実施形態に係るナノバブル発生機１６においては、気液混合循環ポンプ５によって、マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へ圧送される。マイクロバブル含有水が第１気体せん断部６から第２気体せん断部８へ、さらには第３気体せん断部１２へと配管を介して圧送される場合には、マイクロバブル含有水が圧送される方向に向かって、徐々にまたは段階的に配管の直径が小さくなることが好ましい。上記構成によれば、マイクロバブル含有水をより高速で流体運動しながら竜巻状に細くすることができる。換言すれば、より高速で旋回する回転せん断流を発生させることができる。その結果、マイクロバブルからナノバブルを効率よく発生させることができるとともに、ナノバブル含有水中に超高温の極限反応場を形成することができる。
【０１７５】
上記極限反応場が形成されると、ナノバブル含有水が局部的に高温高圧状態となり、当該局所にて不安定なフリーラジカルができるとともに、同時に熱が発生される。フリーラジカルは不対電子を有する原子または分子であって、他の原子または分子から電子を奪い取って安定化しようとする。それゆえ、フリーラジカルを含むナノバブル含有水は、強い酸化力を示すことになる。したがって上記構成によれば、フリーラジカルの作用によって、有機物などを酸化分解することができる。
【０１７６】
上述した気液混合循環ポンプ５、第１気体せん断部６、第２気体せん断部８および第３気体せん断部１２などの具体的な構成としては特に限定しないが、例えば市販のものを用いることが可能である。例えば、株式会社 協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いることが可能であるが、これに限定されない。
〔第２実施形態〕
本発明の他の実施形態（第２実施形態）について図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１７７】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２を、リング型ポリ塩化ビニリデン５７に置き換えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１７８】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８において、微細活性炭３３がリング型ポリ塩化ビニリデン５７に付着している。リング型ポリ塩化ビニリデン５７は、繊維状であり表面積が多いため、多量の微細活性炭３３を付着させることができる。その結果、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することができる。
【０１７９】
また、リング型ポリ塩化ビニリデン５７は、微生物の固定化担体として利用される充填材であるため、本実施形態において、リング型ポリ塩化ビニリデン５７に微生物を繁殖させ、分解物ガス６３をさらに分解することもできる。
〔第３実施形態〕
本発明の他の実施形態（第３実施形態）について図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８０】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２を、網状ブロック（網状シート）６１に置き換えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８１】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８において、微細活性炭３３が網状ブロック６１に付着している。網状ブロック６１は、表面積が多いため、多量の微細活性炭３３を付着させることができる。その結果、分解物ガス６３を効率よく吸着処理することができる。また、網状ブロック６１は、網状の構造であるため、微細活性炭３３が付着しても分解物ガス６３の通り道を塞ぐことがなく、閉塞現象が起こらない。従って、分解物ガス６３をガス吸着部１８において効率よく上昇させ、排気煙突２５から排気して除去することができる。
〔第４実施形態〕
本発明の他の実施形態（第４実施形態）について図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８２】
本実施形態の水処理装置は、第１実施形態の水処理装置における第２のピット水槽５６と配管で接続された活性炭吸着塔５８を備えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８３】
本実施形態の水処理装置では、第２のピット水槽５６内の被処理水は、ポンプ５４により汲み上げられ、活性炭吸着塔５８に移送される。
【０１８４】
活性炭吸着塔５８では、被処理水中の微量に残存している有機フッ素化合物を吸着処理している。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。なお、活性炭吸着塔５８から放出された被処理水は、水槽５９へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１８５】
活性炭吸着塔５８に充填される活性炭としては、特に限定されないが、例えば水処理用活性炭であるクラレコールＧＷ（クラレケミカル株式会社製）等が挙げられる。
〔第５実施形態〕
本発明の他の実施形態（第５実施形態）について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８６】
本実施形態の水処理装置は、第１実施形態の水処理装置における第２のピット水槽５６と配管で接続されたイオン交換樹脂塔６０を備えている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１８７】
本実施形態の水処理装置では、第２のピット水槽５６内の被処理水は、ポンプ５４により汲み上げられ、イオン交換樹脂塔６０に移送される。イオン交換樹脂塔６０においては、被処理水中においてイオンとなっている有機フッ素化合物を選択的にイオン交換して、処理することができる。これにより、被処理中の有機フッ素化合物を高度に処理することができる。イオン交換樹脂塔６０は、イオン化している有機フッ素化合物を容易に処理することができる。例えば、パーフルオロオクタンスルホン酸は液相中において溶解してイオンとなっており、本実施形態の水処理装置によって容易に処理することができる。イオン交換樹脂塔６０から放出された被処理水は、水槽５９へと移送されたのち、処理（済）水として外へ放出される。
【０１８８】
イオン交換樹脂塔６０に充填されるイオン交換樹脂としては、特に限定されないが、例えばダイヤイオン（三菱化学株式会社製）等が挙げられる。
〔第６実施形態〕
本発明の他の実施形態（第６実施形態）について図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【０１８９】
本実施形態の水処理装置では、第１実施形態の水処理装置におけるガス吸着部１８に備えられているプラスチック充填材２２がない構成となっている。この点のみが、第１実施形態の水処理装置と異なっている。第１実施形態の水処理装置と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略する。第１実施形態の水処理装置と異なる部分のみ以下に説明する。
【０１９０】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８に充填材が備えられていないため、ガス吸着部１８内において、逆洗水とともに散水される微細活性炭３３は、散水されている状態にて分解物ガス６３の吸着処理を行っている。
【０１９１】
本実施形態の水処理装置では、ガス吸着部１８に充填材が備えられていないため、イニシャルコストを低くすることができる。被処理水に含まれる有機フッ素化合物等の被分解物質の濃度が低い場合には、本実施形態の水処理装置が用いられることが好ましい。
【実施例】
【０１９２】
本発明の第１実施形態に基づき、水処理装置となる連続式実験装置を作製した。
【０１９３】
本実施例における水処理装置について、図１を参照して以下に説明する。
【０１９４】
原水槽２の容量は０．５ｍ３、ナノバブル発生水槽１５の容量は０．１ｍ３、分解吸着槽２０の上部におけるガス吸着部１８の容量は約１．０ｍ３、分解吸着槽２０の下部における分解部１９の容量は約０．７ｍ３、第１のピット水槽４０の容量は０．１ｍ３、急速ろ過機４４の容量は０．２ｍ３、第２のピット水槽５６の容量は０．１ｍ３とした。
【０１９５】
ナノバブル発生水槽１５には、ナノバブル発生機１６として、気液混合循環ポンプ５が３．７ｋＷの出力を有する電動機により構成されている、株式会社 協和機設社製のバビダスＨＹＫ型を用いた。
【０１９６】
分解部１９には、活性炭３１として水処理用活性炭（液相用）である「クラレコールＧＷ（登録商標）」（クラレケミカル株式会社製）を、分解部１９の容量あたり０．３（ｃｍ３／ｃｍ３）添加した。分解部１９における散気管３６からの曝気空気量は、水槽容量あたり５０ｍ３／時間／ｍ３とした。従って、本実施例における水処理装置を作動させると、分解部１９において活性炭３１が曝気され破砕されて微細活性炭３３となり、当該微細活性炭３３はガス吸着部１８に供給された。
【０１９７】
ガス吸着部１８には、プラスチック充填材２２としてポリエチレン製Ｓ−ＩＩ型（月島環境エンジニアリング株式会社製）を充填した。ガス吸着部１８の容量におけるプラスチック充填材２２の充填率は４０％とした。
【０１９８】
原水槽２には、３０ｐｐｂの濃度のＰＦＯＳを含む有機フッ素化合物含有水を導入した。
【０１９９】
本実施例における水処理装置を作動させた後、１２日目の原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水について、ＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を測定した。また、排気ガス２６について、ＰＦＯＳの濃度を測定し、分解物の定性試験を行った。
【０２００】
なお、被処理水中に存在するＰＦＯＳの濃度は、ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ（液体クロマトグラフ−タンデム型質量分析計）によって測定した。また、排気ガス２６について行ったＰＦＯＳの濃度測定、および分解物の定性試験は、ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフィー質量分析）によって行った。
【０２０１】
本実施例の結果を表１および表２に示す。表１は、原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水におけるＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を示しており、表２は、排気ガス２６における、ＰＦＯＳの濃度、および分解物の定性試験の結果を示している。
【０２０２】
【表１】
【０２０３】
【表２】
【０２０４】
表１および表２から、以下のａ）〜ｅ）が明らかになった。
【０２０５】
ａ）第２のピット水槽５６におけるＰＦＯＳの濃度は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解されたことが明らかになった。ＰＦＯＳの除去率は９１％であった。
【０２０６】
ｂ）第２のピット水槽５６における総フッ素量は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、ＰＦＯＳの分解物はガス化して、分解部１９からガス吸着部１８へと移送していることが明らかになった。
【０２０７】
ｃ）第２のピット水槽５６において硫酸イオンが検出されたことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解され、その分解物の一部として硫酸イオンが遊離されたことが明らかになった。
【０２０８】
ｄ）排気ガス２６においてＰＦＯＳが高濃度にては検出されていないので、ＰＦＯＳは、単に霧状（ミスト）になって気相中に飛散したのではないことが明らかになった。
【０２０９】
ｅ）排気ガス２６において、パーフルオロカーボン（ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＨ、ｎ＝３、４、５、６）等の分解物が検出されなかったので、ガス化したＰＦＯＳの分解物は、ガス吸着部１８において微細活性炭３３に吸着されたことが明らかになった。
【０２１０】
なお、本実施例の比較例として、分解部１９に活性炭３１を添加していない水処理装置を作製した。本比較例の水処理装置においては、分解部１９に活性炭３１が添加されていないので、微細活性炭３３が生成されず、従ってガス吸着部１８に微細活性炭３３が供給されない。本比較例の水処理装置において、分解部１９に活性炭３１が添加されていない点、および活性炭３１から微細活性炭３３が生成され、ガス吸着部１８に供給されない点以外は本実施例と同じ構成であるので、詳細な説明を省略する。
【０２１１】
本比較例の結果を表３および表４に示す。表３は、水処理装置の作動後１２日目の原水槽２および第２のピット水槽５６それぞれに貯められている被処理水におけるＰＦＯＳの濃度、総フッ素濃度、および硫酸イオン濃度を示しており、表４は、排気ガス２６における、ＰＦＯＳの濃度、および分解物の定性試験の結果を示している。
【０２１２】
【表３】
【０２１３】
【表４】
【０２１４】
表３および表４から、以下のａ）〜ｅ）が明らかになった。
【０２１５】
ａ）第２のピット水槽５６におけるＰＦＯＳの濃度は、原水槽２に比べて低かったことから、活性炭３１がなくても、すなわちナノバブルのみでも、被処理水中のＰＦＯＳが分解されたことが明らかになった。ＰＦＯＳの除去率は７６％であった。
【０２１６】
ｂ）第２のピット水槽５６における総フッ素量は、原水槽２に比べて明らかに低かったことから、活性炭３１がなくても、すなわちナノバブルのみでも、ＰＦＯＳの分解物はガス化して、分解部１９からガス吸着部１８へと移送していることが明らかになった。
【０２１７】
ｃ）第２のピット水槽５６において硫酸イオンが検出されたことから、被処理水中のＰＦＯＳが分解され、その分解物の一部として硫酸イオンが遊離されたことが明らかになった。
【０２１８】
ｄ）排気ガス２６においてＰＦＯＳが高濃度にては検出されていないので、ＰＦＯＳは、単に霧状（ミスト）になって気相中に飛散したのではないことが明らかになった。
【０２１９】
ｅ）排気ガス２６において、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８のパーフルオロカーボン等の分解物が検出されたことから、ガス化したＰＦＯＳの分解物は、ガス吸着部１８において吸着されなかったことが明らかになった。
【０２２０】
実施例と比較例との比較から、本実施形態に係る水処理装置において、分解部１９に活性炭３１を添加することにより、被処理水中のＰＦＯＳの除去率が増加することが明らかになった。また、活性炭３１を曝気によって破砕して微細活性炭３３を生成し、さらにその微細活性炭３３をガス吸着部１８に供給することにより、ガス化したＰＦＯＳの分解物が効率よく吸着されることが明らかになった。
【０２２１】
なお本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２２２】
本発明は、工業用水、農業用水、生活用水等の用水処理装置および工業排水、農業排水、生活排水等の排水処理装置を製造する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明における水処理装置の実施の一形態（第１実施形態）を示す模式図である。
【図２】本発明における水処理装置の実施の一形態（第２実施形態）を示す模式図である。
【図３】本発明における水処理装置の実施の一形態（第３実施形態）を示す模式図である。
【図４】本発明における水処理装置の実施の一形態（第４実施形態）を示す模式図である。
【図５】本発明における水処理装置の実施の一形態（第５実施形態）を示す模式図である。
【図６】本発明における水処理装置の実施の一形態（第６実施形態）を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２２４】
２ 原水槽
４ 第１配管
５ 気液混合循環ポンプ
６ 第１気体せん断部
７ 第２配管
８ 第２気体せん断部
９ 第４配管
１０ 第３配管
１１ 電動ニードルバルブ（気体量調節手段）
１２ 第３気体せん断部
１５ ナノバブル発生水槽
１６ ナノバブル発生機（ナノバブル発生手段）
１７ オーバーフロー水配管（被処理水移送手段）
１８ ガス吸着部
１９ 分解部
２０ 分解吸着槽
２２ プラスチック充填材
２４ 散水配管（微細活性炭移送手段）
３０ ナノバブル
３１ 活性炭
３２ 越流板
３３ 微細活性炭
３４ 側壁（側面）
３６ 散気管（曝気手段）
４０ 第１のピット水槽
４４ 急速ろ過機
４６ 配管（微細活性炭移送手段）
５３ 急速ろ過機逆洗ポンプ（逆洗手段）
５６ 第２のピット水槽
５７ リング型ポリ塩化ビニリデン
５８ 活性炭吸着塔
６０ イオン交換樹脂塔
６１ 網状ブロック（網状シート）
６４ 排出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中にナノバブルを発生させるナノバブル発生手段と、
上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、上記分解部から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭が入れられているガス吸着部により構成される分解吸着槽と、
上記分解部に貯められている上記被処理水を曝気する曝気手段と
を備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
上記被処理水は有機フッ素化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
上記分解部には活性炭が入れられており、
上記微細活性炭は、上記活性炭が上記曝気手段により曝気され破砕されることによって生じた微細活性炭であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
上記分解部の被処理水をろ過する急速ろ過機と、
上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭を上記ガス吸着部に移送する微細活性炭移送手段と
をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
上記急速ろ過機を逆洗するための逆洗手段をさらに備えており、
上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗手段が流出させる逆洗水によって、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭をガス吸着部に移送することを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗水中に含まれる破過した上記微細活性炭を除去するための自動弁をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
上記急速ろ過機は、上記微細活性炭を堆積させるための空間を有していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
上記分解部は、
水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜した側面と、
上記側面に設けられた排出口と、
上記微細活性炭よりも大きい活性炭が当該排出口から流出しないように設けられた越流板と
を備えていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
上記ガス吸着部は、上記微細活性炭を付着させるための充填材を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
上記充填材がプラスチックからなることを特徴とする請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
上記充填材がリング型ポリ塩化ビニリデンからなることを特徴とする請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
上記充填材が網状シートであることを特徴とする請求項９または１０に記載の水処理装置。
【請求項１３】
上記被処理水を貯めるナノバブル発生水槽と、
上記被処理水を上記ナノバブル発生水槽から上記分解吸着槽に移送する被処理水移送手段と
をさらに備えており、
上記ナノバブル発生手段は、上記ナノバブル発生水槽に貯められている上記被処理水中に上記ナノバブルを発生させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
上記ナノバブル発生手段は、
液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、
上記マイクロバブル含有水をさらにせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、
上記ナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部と
を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
上記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、
上記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１６】
上記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、
上記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１７】
上記第１気体せん断部では、第１配管を介して液体が供給されるとともに、第２配管を介して上記マイクロバブル含有水が吐出され、
上記第１配管の内腔の横断面の面積は、上記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
上記ナノバブル発生手段は、
上記第１気体せん断部に液体を供給し、液体および気体を混合および循環させる気液混合循環ポンプと、
上記第１気体せん断部に気体を供給する第３配管と、
上記第１気体せん断部に供給される気体の量を調節する気体量調節手段と
をさらに備えていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１９】
上記気体量調節手段は、上記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて上記気体を供給することを特徴とする請求項１８に記載の水処理装置。
【請求項２０】
上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることを特徴とする請求項１８または１９に記載の水処理装置。
【請求項２１】
上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることを特徴とする請求項１８または１９に記載の水処理装置。
【請求項２２】
上記第３配管は、上記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度をなすように、上記第１気体せん断部に接続されていることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２３】
上記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２４】
上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔活性炭吸着塔をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２５】
上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理するイオン交換樹脂塔をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２６】
上記微細活性炭は、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２７】
有機フッ素化合物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、
上記被処理水には、ナノバブルおよび活性炭が添加され、
ナノバブルが有する酸化力と、活性炭が有する吸着作用とにより、上記有機フッ素化合物を分解および吸着処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項２８】
上記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であることを特徴とする請求項２７に記載の水処理方法。
【請求項１】
被処理水中にナノバブルを発生させるナノバブル発生手段と、
上記ナノバブルを含んでいる上記被処理水を貯める分解部、および、上記分解部から発生する気体が導入される空間であり、微細活性炭が入れられているガス吸着部により構成される分解吸着槽と、
上記分解部に貯められている上記被処理水を曝気する曝気手段と
を備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
上記被処理水は有機フッ素化合物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
上記分解部には活性炭が入れられており、
上記微細活性炭は、上記活性炭が上記曝気手段により曝気され破砕されることによって生じた微細活性炭であることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
上記分解部の被処理水をろ過する急速ろ過機と、
上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭を上記ガス吸着部に移送する微細活性炭移送手段と
をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
上記急速ろ過機を逆洗するための逆洗手段をさらに備えており、
上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗手段が流出させる逆洗水によって、上記急速ろ過機において分離された上記微細活性炭をガス吸着部に移送することを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
上記微細活性炭移送手段は、上記逆洗水中に含まれる破過した上記微細活性炭を除去するための自動弁をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
上記急速ろ過機は、上記微細活性炭を堆積させるための空間を有していることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
上記分解部は、
水平方向の断面積が上部ほど大きくなるように傾斜した側面と、
上記側面に設けられた排出口と、
上記微細活性炭よりも大きい活性炭が当該排出口から流出しないように設けられた越流板と
を備えていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項９】
上記ガス吸着部は、上記微細活性炭を付着させるための充填材を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
上記充填材がプラスチックからなることを特徴とする請求項９に記載の水処理装置。
【請求項１１】
上記充填材がリング型ポリ塩化ビニリデンからなることを特徴とする請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
上記充填材が網状シートであることを特徴とする請求項９または１０に記載の水処理装置。
【請求項１３】
上記被処理水を貯めるナノバブル発生水槽と、
上記被処理水を上記ナノバブル発生水槽から上記分解吸着槽に移送する被処理水移送手段と
をさらに備えており、
上記ナノバブル発生手段は、上記ナノバブル発生水槽に貯められている上記被処理水中に上記ナノバブルを発生させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１４】
上記ナノバブル発生手段は、
液体と気体とを混合およびせん断してマイクロバブル含有水を作製する第１気体せん断部と、
上記マイクロバブル含有水をさらにせん断してナノバブル含有水を作製する第２気体せん断部と、
上記ナノバブル含有水をさらにせん断して多量のナノバブルを含むナノバブル含有水を作製する第３気体せん断部と
を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１５】
上記第１気体せん断部の内部の横断面は、楕円形または真円形であり、
上記第１気体せん断部の内部表面には、２本以上の溝が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１６】
上記溝の深さは、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであり、
上記溝の幅は、０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１７】
上記第１気体せん断部では、第１配管を介して液体が供給されるとともに、第２配管を介して上記マイクロバブル含有水が吐出され、
上記第１配管の内腔の横断面の面積は、上記第２配管の内腔の横断面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
上記ナノバブル発生手段は、
上記第１気体せん断部に液体を供給し、液体および気体を混合および循環させる気液混合循環ポンプと、
上記第１気体せん断部に気体を供給する第３配管と、
上記第１気体せん断部に供給される気体の量を調節する気体量調節手段と
をさらに備えていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１９】
上記気体量調節手段は、上記第１気体せん断部に対して１．２リットル／分以下にて上記気体を供給することを特徴とする請求項１８に記載の水処理装置。
【請求項２０】
上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの出力が最大値に達した時点以降に行われることを特徴とする請求項１８または１９に記載の水処理装置。
【請求項２１】
上記第１気体せん断部への上記気体の取り込みは、上記気液混合循環ポンプの動作開始時から６０秒後以降に行われることを特徴とする請求項１８または１９に記載の水処理装置。
【請求項２２】
上記第３配管は、上記第１気体せん断部の内側面に対して１８度の角度をなすように、上記第１気体せん断部に接続されていることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２３】
上記第１気体せん断部の隔壁の厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２４】
上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理する活性炭吸着塔活性炭吸着塔をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２５】
上記急速ろ過機においてろ過された上記被処理水を吸着処理するイオン交換樹脂塔をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２６】
上記微細活性炭は、粒径の平均が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２７】
有機フッ素化合物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、
上記被処理水には、ナノバブルおよび活性炭が添加され、
ナノバブルが有する酸化力と、活性炭が有する吸着作用とにより、上記有機フッ素化合物を分解および吸着処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項２８】
上記有機フッ素化合物が、パーフルオロオクタンスルホン酸、パーフルオロオクタン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド、およびパーフルオロオクタンスルホン酸フルオリド誘導体からなる群より選ばれる一種以上の有機フッ素化合物であることを特徴とする請求項２７に記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４６６４８（Ｐ２０１０−４６６４８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５９１１（Ｐ２００８−２１５９１１）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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